1

SADRŽAJ:

2. MINERALI I STIJENE

2.1. Uvod

2.2. Geološka klasifikacija stijena

2.3. Nazivi i opisi prirodnog kamena

2.4. Geološka starost i petrografske značajke

2.5. Kristali i minerali – osnovni pojmovi

2.5.1. Fizikalna svojstva minerala

2.5.2. Kemijsko ponašanje minerala

2.5.3. Sistematika petrogenih minerala

2.6. Osnovni pojmovi u petrografiji s podjelom i klasifikacijama stijena

2.6.1. Eruptivne stijene

2.6.1.1. Način pojavljivanja eruptivnih stijena

2.6.1.2. Geneza eruptivnih stijena 2.6.1.3. Klasifikacija eruptivnih stijena

2.6.1.4. Pregled važnijih eruptivnih stijena 2.6.2. Sedimentne ili taložne stijene

2.6.2.1. Klastične sedimentne stijene

2.6.2.2. Biokemijske i kemijske sedimentne stijene

2.6.3. Metamorfne stijene

2

2. MINERALI I STIJENE 2.1. Uvod

Kamen je, bez dvojbe, jedno od najstarijih konstrukcijskih gradiva koje je poznavao i rabio čovjek. Uporaba kamena kao alata, oružja i gradiva prati čovjeka kroz njegovu povijest od kamenog doba do danas.

U prvim počecima dobivanje kamena za različite čovjekove potrebe bilo je vrlo jednostavno. Manji ili veći komadi kamena, prirodno odvaljeni podno kamenitih strmina ili obluci u koritima brzaka, jednostavno su se brali, bez posebnihkopanja i otvaranja kamenoloma. Te je kamene oštrouglate gromade ili komade, kao i slabije ili jače zaobljene oblutke, samo trebalo odgovarajućim alatkama, u prvo vrijeme kamenim, doraditi i dotjerati za određene svrhe. Obrada i dotjerivanje obavljali su se batovima od tvrdog i žilavog kamena. Otvaranje malih, plitkih kamenoloma za dobivanje kamena moglo je početi tek u brončano doba, u vrijeme izrade prvih metalnih alatki.

Prirodni kamen pripada u geomaterijale, u skupinu nemetalnih mineralnih sirovina (sl. 2.1.1). Pojmovi "kamen" i"stijena" u praksi nerijetko izazivaju pomutnju i neodgovarajuće se primjenjuju, pa ih je potrebno strogo definirati.

Stijena je sastavni dio zemljine kamene kore ili litosfere, određenog načina geološkog pojavljivanja, sklopa (teksture i strukture) i mineralnog sastava.

Kamen je prirodno ili umjetno odvaljeni dio stijene. Odlikuje se sklopom (teksturom i strukturom), mineralnim sastavom i fizičko-mehaničkim svojstvima. Pod pojmom "kamen" podrazumijevamo i kamen kao građevno gradivo koje se rabi bez posebnih tehnoloških postupaka, bez promjene njegova sklopa i mineralnog sastava. 2.2. Geološka klasifikacija stijena

Stijene koje izgrađuju litosferu geološki ili genetski dijele se u tri skupine: - eruptivne ili magmatske stijene - sedimentne ili taložne stijene - metamorfne ili preobražene stijene.

Međusobna je povezanost tih triju skupina s odgovarajućim načinima postanka i procesima shematski prikazana slikom 2.2.1 Skupini prirodnih stijena i područjima njihovog postanka mogu se pridodati tehnogene stijene koje nastaju u tehnogenom području čovjekovom djelatnošću. Ovdje se, primjerice, mogu ubrojiti debele naslage troske ili zgure nastale pri metalurškim procesima. Tehnogenim kamenom možemo smatrati opeku, beton, žbuku, kamenu vunu itd.

Slika 2.1.1. Podjela mineralnih sirovina ili geomaterijala (Crnković & Šarić, 2003). Slika 2.2.1. Shematski prikaz međusobne povezanosti genetski različitih stijena i procesa koji se zbivaju u i/ili na litosferi (Crnković & Šarić, 2003).

MAGMATOGENO PODRUČJE. Silikatne taljevine koje kristaliziraju u litosferi ili očvršćavaju na njezinoj površini. SEDIMENTOGENO PODRUČJE. Fizičko i kemijsko trošenje postojećih stijena, transport rastrošenog materijala kao detritusa ili kemijskih otopina te taloženje i litifikacija ili okamenjivanje. METAMORFOGENO PODRUČJE. Promjene tlaka i/ili temperature, uz djelovanje magmatskih fluida, što prati promjenu teksture, strukture i mineralnog sastava. TEHNOGENO PODRUČJE. Nastanak novih proizvoda djelovanjem čo-vjeka procesima sličnim onima u prirodi.

3

Eruptivne stijene nastaju iz silikatne taljevine, njezinim ohlađivanjem i kristalizacijom minerala. Ovisno o dubini i mjestu u litosferi gdje se silikatna taljevina ili magma hladi razlikujemo:

• dubinske, plutonske ili intruzivne stijene koje kristaliziraju iz magme na dubinama >10 km • hipoabisalne stijene koje kristaliziraju na dubinama <10 km do površine • površinske, efuzivne ili vulkanske stijene koje kristaliziraju ili čvrsnu na površini litosfere.

Sedimentne stijene nastaju na i pri površini litosfere kod temperature i tlaka primjerenih tim uvjetima, određenim fizikalnim, kemijskim, biološkim i geološkim procesima. Prema prevladavajućem procesu dijelimo ih na:

• egzogene ili klastične sedimentne stijene (kataklastični i vulkanoklastični sedimenti te rezidui) • endogene ili kemijske i biokemijske sedimentne stijene (neevaporitni i evaporitni precipitati te organogeni rezidui).

Metamorfne stijene nastaju metamorfozom ili preobrazbom postojećih stijena povišenjem ili sniženjem tlaka i/ili temperature, pretaljivanjem te utjecajem magmatskih fluida. Metamorfoza može biti:

• progradna, kad na postojeću stijenu djeluju povišeni tlak i/ili temperatura • retrogradna, kad se visokotemperatumi mineralni agregat preobrazuje u agregat minerala koji kristalizira pri nižem tlaku i/ili temperaturi od minerala

prije metarmorfoze.

Od različitih vrsta promjene tlaka i/ili temperature spomenimo: • regionalnu metamorfozu s postankom kristalnih škriljavaca • kontaktnu metamorfozu u obodima magmatskih tijela (s utjecajem fluida zaostalih pri kristalizaciji magme).

2.3. Nazivi i opisi prirodnog kamena Komercijalni ili trgovački nazivi prirodnog kamena, koji se rabi u graditeljstvu, vrlo su šaroliki. S komercijalnog se stajališta razlikuju dvije vrste prirodnog kamena: graniti i mramori, koji često s geološkog i petrološkog gledišta ne pripadaju tim prirodnim tvorevinama. Tako, primjerice, granitom nazivaju i bazične eruptivne stijene, a mramorom vapnence. Ujednačenje naziva i opisa prirodnog kamena regulirano je predloženom europskom normom prEN 12440 Denomination of natural stone (Naziv prirodnog kamena). Prema toj normi, opis prirodnog kamena mora sadržavati sljedeće dijelove:

• naziv prirodnog kamena pod kojim je poznat na tržištu • petrološku pripadnost kamena sa znanstvenim nazivom temeljenim na petrografskom određivanju i odredbi • genetičku pripadnost (eruptivna, sedimentna, metamorfna) • geološku starost • izgled površine gotovih proizvoda • tipičnu boju s rasponom nijansi pojedinih varijeteta,vizualnim dojmom izgleda obrađene površine u vlažnom stanju • prirodnu građu koja utječe na izgled kamena (žile, inkluzije, uklopci, ksenoliti, tekstura, struktura, pukotine itd.) • lokaciju kamenoloma s njegovim nazivom, po mogućnosti što određeniju (najbliži grad ili selo).

Nabrojani dijelovi opisa prirodnog kamena, osim prvog i posljednjeg, trebaju biti izloženi prema prijedlozima europskih normi:

4

• prEN 12670 Natural stone - Terminology (Prirodni kamen - naziv) • prEN 12407 Natural stone test methods - Petrographic examination (Metode ispitivanja kamena - petrografsko određivanje)

2.4. Geološka starost i petrografske značajke

U opisu prirodnog kamena potrebno je dati i podatke o njegovoj geološkoj starosti. Petrografske odlike prirodnog kamena opisuju se makroskopski i mikroskopski, prema prijedlogu europske norme prEN 12407 natural stone test methods – Petrographic examination (Metode ispitivanja prirodnog kamena – Petrografsko određivanje). 2.5. Kristali i minerali – osnovni pojmovi Kristal ili ledac je prirodna ili umjetna tvorevina određene unutarnje građe ili strukture, odnosno kristalne rešetke izgrađene od iona, atoma, ili molekula, što se odražava u pravilnom vanjskom obliku i određenim fizičkim svojstvima. Postoje prirodne tvorevine bez određene unutarnje građe ili strukture, odnosno kristalne rešetke. Nazivaino ih amorfnima odnosno mineraloidima, jer ne zadovoljavaju definiciju minerala.

Minerali mogu biti izotropni i anizotropni. Kod izotropnih minerala značajke su jednake u svim smjerovima, a kod anizotropnih su u različitim smjerovima različite. Kristalizirani minerali su izotropni i anizotropni, a mineraloidi ili amorfne supstancije su uvijek izotropni. Minerali kristaliziraju iz taljevina, prezasićenih plinova i para i otopina. Prirodna taljevina iz koje kristaliziraju minerali je magma. Proces nastajanja minerala nazivamo kristalizacijom. Prema načinu postanka minerali mogu biti:

pirogeni (nastali kristalizacijom iz magme), pneumatogeni (nastali kristalizacijom iz plinova i para), hidrotermalni (nastali kristalizacijom iz vruće vode), hidatogeni (nastali kristalizacijom iz vodenih otopina).

Kristali su simetrijska tijela koja imaju tri vrste jednostavnih simetrijskih elemenata, vidljivih u njihovoj strukturi i obliku: ravninu simetrije, os simetrije, i centar simetrije.

Ravnina simetrije kristal dijeli na dva zrcalno jednaka dijela. Os simetrije ili gira je pravac u kristalu oko kojega se on može okrenuti dva, tri, četiri ili šest puta unutar 360°, a da pri tome svaki put pokazuje istovrstan položaj. Centar simetrije je točka u geometrijskom središtu kristala oko koje su svi granični elementi raspoređeni tako da identični parovi ploha, bridova i kutova leže na pravcima koji prolaze kroz tu točku. Kod idealno razvijenih kristala udaljenost od centra simetrije do identičnih parova ploha, bridova i kutova je jednaka.

Postoje 32 kombinacije elemenata simetrije, pa tako i 32 simetrijske klase kristala koje s obzirom na duljinu i međusobni odnos kristalografskih osi, možemo svrstati u 6 kristalnih sustava:

5

Prikaz duljine i međusobnog odnosa kristalografskih osi kristalnih sustava (Lieber, 1969).

Tvorevine koje se nikad ne nalaze u pravilnim geometrijskim oblicima, već kao kuglaste, grozdaste ili bubrežaste nakupine, nastaju iz viskoznih magmi prilikom naglog hlađenja (vulkansko staklo i obsidijan) i iz koloidnih otopina. Koloidni minerali nastaju trošenjem postojećih, kristaliziranih minerala pod utjecajem atmosferilija, pa se nalaze isključivo na površini litosfere, u zoni trošenja. Važniji amorfni minerali, nastali iz koloidnih otopina, jesu opal i limonit.

Svojstva minerala ovise o njihovoj unutarnjoj građi, odnosno strukturi. U kristaliziranim mineralima čestice su pravilno raspoređene u prostornoj kristalnoj rešetki, koja se može prikazati pomoću njezine osnovne građevne jedinice - elementarne čelije koja se prostorno ponavlja u strukturi kristala u sva tri smjera (v. sliku u nastavku izlaganja).

Građevni elementi kristalne rešetke mogu biti ioni, atomi (osnovnu strukturu vidi iznad ovog teksta), molekule i atomske grupe, tako da se razlikuju ionska, atomska, molekulska i metalna kristalna rešetka.

Ionsku kristalnu rešetku izgrađuju ioni elemenata koji lako otpuštaju svoje elektrone (i postaju pozitivno nabijeni - kationi) s ionima koji lako primaju elektrone (i postaju negativno nabijeni - anioni). Kod takve rešetke svaki je ion u kristalu okružen maksimalno mogućim brojem iona suprotnog naboja. Broj najbližih, suprotno nabijenih iona oko centralnog iona naziva se koordinacijskim brojem, a on ovisi o odnosu radijusa iona koji grade kristalnu rešetku. Pri tomu vrijedi pravilo: što je ion određenog naboja u središtu veći, to je potreban i veći broj suprotno nabijenih iona oko njega da bi se ostvario odgovarajući raspored (koordinacija) u kristalnoj rešetki. Razlikujemo nekoliko načina vezivanja, primjera radi: mali ion Si4+ (ionskog radiusa 42 pm) okružuju četiri velika iona kisika O2- (ionskog radijusa 132 pm), pri čemu izgrađuju kompleksni silikatni anion (Si04)4-. Kisikovi su ioni raspoređeni oko iona silicija u obliku tetraedra, pa se takva veza naziva tetraedrijskom koordinacijom, karakterističnom za silikatne minerale. Povećanjem radiusa središnjeg iona koordinacijski broj se povećava na šest (oktaedrijska koordinacija), odnosno na osam heksaedrijska koordinacija), što je prikazano slijedećim slikama.

1. kubični (teseralni) sustav s tri kristalografske osi jednake duljine, koje su jedna na drugu okomite;

2. heksagonski sustav s četiri kristalografske osi, od kojih su tri jednake duljine i leže u horizontalnoj ravnini, sijekući se pod kutom od 60°, a četvrta, okomita na njih, je dulja ili kraća;

3. tetragonski sustav s tri kristalografske, međusobno okomite osi, od kojih su dvije jednake duljine u horizontalnoj ravnini, a treća (dulja ili kraća) je okomita na njih;

4. rompski sustav s tri kristalografske osi koje su međusobno okomite, i nejednake duljine;

5. monoklinski sustav s tri kristalografske osi nejednake duljine, od kojih su dvije međusobno okomite, a treća je kosa;

6. triklinski sustav s tri kristalografske osi nejednake duljine, koje se sijeku pod nekim kosim kutom.

6

Prostorna kristalna rešetka - lijevo (iz Tajder & Herak, 1966), koordinacijske rešetke - sredina (preuzeto iz Šestanović, 2001), i osnovna struktura atoma - desno (McKinney & Schoch, 2003).

U ionskim kristalnim rešetkama djeluju jake elektrostatske privlačne sile, zbog čega su kristali s takvim rešetkama veoma tvrdi i čvrsti, s visokim talištem i vrelištem.

Atomsku kristalnu rešetku grade atomi povezani čvrstom kovalentnom vezom. Kristali s takvim tipom rešetke veoma su tvrdi i imaju visoko talište (npr. dijamant).

U molekulskoj kristalnoj rešetki su građevni elementi molekule, među kojima djeluju slabe sile, zbog čega se minerali s takvom rešetkom odlikuju malom tvrdoćom i niskim talištem i vrelištem (npr. led).

Metalnu kristalnu rešetku grade gusto raspoređeni i čvrsto povezani atomi. Karakteristična je za metale.

Ako neka mineralna supstancija kristalizira u različitim strukturama, takva se pojava naziva polimorfijom, a nastale minerale polimorfnim modifikacijama. Iako je kemijski sastav takvih minerala jednak, njihova fizička i kemijska svojstva (ovisno o strukturi), mogu biti bitno različita. To je posebno izraženo kod ugljika koji se nalazi kao grafit (kristalizira u heksagonskom sustavu, crne je boje i najmekši je mineral s tipičnom slojevitom rešetkom) i kao dijamant (kristalizira u teseralnom sustavu, bezbojan je i najtvrđi mineral sa zbijenom gustom rešetkom). Kristalne rešetke dijamanta i grafita prikazane su na slici u nastavku izlaganja. Kalcij-karbonat može kristalizirati u heksagonskom sustavu (kalcit), rompskom (aragonit) i monoklinskom (faterit). Silicij-dioksid se također nalzi u više polimorfnih modifikacija, od kojih su važnije kvarc, tridimit i kristobalit, te u amorfnom stanju kao opal. Jedna polimorfna modifikacija stabilna je samo u određenim uvijetima, ovisnim o tlaku i temperaturi, a ostale su nestabilne. Promjenom uvijeta mijenjaju se i odnosi u kristalnoj rešetki, pa u novim uvijetima biva stabilna neka druga modifikacija. Postoje mineralne tvari različitog, ali analognoga kemijskog sastava koje imaju veliku sličnost u kristalografskim i fizičkim svojstvima. Takva pojava naziva se izomorfijom, a nastale – međusobno slične – minerale, izomorfnom grupom. U takvim grupama nalaze se različiti kristali mješanci, izomorfne smjese satstavljene od više komponenti zastupljenih u izomorfnoj grupi.

7

Strukturne građe grafita (desno) i dijamanta (lijevo). Za razliku od polimorfnog oblika dijamanta (lijevo-dolje) koji sadrži sve kovalentne veze, u grafitnoj strukturi (desno-gore) nalaze se slabe van der Waalsove sile između slojeva kovalentno vezanih atoma ugljika. Grafit se lako lomi usljed tako slabih veza, što ga čini vrlo mekim mineralom (iz Chernicoff & Whitney, 2007).

Modeli sraslaca (desno gore): a-gips (tzv. lastin rep), b-staurolit, c-rutil (iz Šestanović, 2001) .

Fotografije sraslaca (ispod modela; iz Bauer, 1985): gips (sulfat – kao lastin rep) i staurolit (nezosilikat)

Kristali mješanci značajni su za silikatne minerale. Npr., plagioklasi su kristali mješanci albita – NaAlSi3O8 i anortita – CaAl2Si2O8, koji se nalaze u različitim omjerima. Grupa olivina je također izomorfna smjesa čije su dvije komonente (forsterit – Mg2SiO4 i fajalit – Fe2SiO4) različito izmješane. Sličnost kristalografskih i fizičkih značajki minerala izomorfne grupe nastaje zbog slične kristalne rešetke u kojoj su neki ioni približno jednakog radiusa. Često se zamjenjuju ioni Ca2+ s ionskim radiusom 99 pm i Na2+ s ionskim radiusom 97 pm, te ioni Mg2+, Mn2+, Fe2+, Co2+ i Zn2+ s ionskim radiusom oko 80 pm.

Minerale upoznajemo i razlikujemo prema njihovim fizičkim i kemijskim značajkama, kao i prema ponašanju u polariziranom svjetlu. U prirodi se nalaze i minerali koji su razvijeni u kristalima sastavljenim od dva ili više zasebnih kristala. To su sraslaci ili blizanci ( v. slike).

Petrografske odlike prirodnog kamena detaljno se opisuju makroskopski i mikroskopski, prema prijedlogu europske norme prEN 12407 Natural stone test methods - Petrographic examination (Metode ispitivanja prirodnog kamena - Petrografsko određivanje). S k l o p k a m e n a ( s t i j e n a )

Sklop kamena (stijene), njegove teksturne i strukturne značajke, bez obzira na genezu ili postanak pripadajuće stijene, važan je sa dva gledišta: - rezultat je geoloških uvjeta u kojima je odgovarajuća stijena nastala - o njemu ovisi niz odlika kamena te izgleda lica obrađenih kamenih blokova i elemenata (sl. 2.5.1).

8

Pod teksturom podrazumijevamo međusobne odnose sastojaka u kamenu te njihov prostorni raspored i orijentaciju. Glavne teksture kamena jesu: • homogena, kada su svi sastojci ravnomjerno raspoređeni u kamenu, bez bilo kakve naglašene prostorne orijentacije; takvom teksturom odlikuje se

najveći dio kamena eruptivnog postanka (sl. 2.5.3, 2.5.4), zatim dijelom kamen sedimentnog postanka te neke vrste kamena metamorfnog postanka • fluidalna, kada su mineraini sastojci osnovne mase paralelno do subparalelno poredani te ukazuju na tok lave, što je odlika bazičnih efuzivnih stijena • slojevita, kao temeljna značajka sedimentnih stijena, a slojevitost može biti izražena:

- nizanjem međuslojnih ploha koje mogu predstavljati prirodne diskontinuitete kada se duž njih kamen lako cijepa - finim lameliranjem - promjenama veličine sastojaka u pojedinim proslojcima - paralelnim i subparalelnim redanjem pločastih i listićavih sastojaka - promjenom boje;

• škriljava, s izraženom foliacijom, kao značajkom metamorrnih stijena, s paralelno do subparalelno raspoređenim pločastim i listićavim mineralima, kao i s naglašenom lineacijom ako stijena sadrži prizmatske istupićaste minerale.

Pri obradi i ugrađivanju kamena anizotropne teksture, izgled i dezen lica kamenog elementa ovisit će o njegovu položaju prema slojevitosti ili škriljavosti.

Slika 2.5.1. Izgled lica kamenog bloka ili elemenata u ovisnosti o izraženoj anizotropnoj teksturi s naglašenom slojevitosti ili škriljavosti (lijevo). (iz Crnković & Šarić, 2003).

Slika 2.5.2. Homogena tekstura i granularna ili zrnasta struktura karakteristične za eruptivne intruzivne stijene. Slika sredina-gore/a: granit, sadrži alotriomorfne kristale kvarca (bijelo), K - feldspata (mrežasto), kiselih plagioklasa (sivo) i tinjaca (isprutano). Slika sredina-gore/b: gabro, sadrži hipidiomorfne i alotriomorfne kristale Ca - plagioklasa s polisintetskim lamelama (isprutano) i alotriomorfna zrna piroksena (točkasto). (Tišljar, 1999).

Slika 2.5.3. Homogena tekstura te intersertalna (slika sredina dolje – a) i porfirska (slika sredina dolje – b) struktura. Prva je karakteristična za eruptivne hipoabisalne, a druga za vulkanske stijene. Slika sredina dolje/a: dijabaz, sadrži međusobno neorijentirane štapićaste kristale Ca - plagioklasta, u intersticijama ili međuprostorima je staklasta, dijelom devitrificirana osnovna masa (intersertalna struktura). Slika sredina dolje/b: riolit, sadrži fenokristale ili utruske K-feldspata (mrežasto iscrtkano) i kvarca (bezbojno) u staklastoj do mikrokristalnoj osnovnoj masi (porfirska struktura) (Tišljar, 1999).

Sika 2.5.4. Stupanj sferičnosti i zaobljenosti klasta u kamenu klastične strukture. Klasti su (slika desno, odozo prema dolje): uglasti - poluuglasti - poluzaobljeni - zaobljeni - dobro zaobljeni (Tišljar, 1999).

c - lice okomito na rubove ploha anizo-tropije, slojevitosti ili škriljavosti

a - lice okomito na plohe anizotropije, slojevitosti ili škriljavosti

b - lice paralelno s plohama anizotro-pije, slojevitosti ili škriljavosti

9

Moguća su tri slučaja: • kameni se blok ili element pili okomito na slojevitost ili škriljavost (kontra), a plohe slojevitosti ili škriljavosti prirodno su položene i na licu, ovisno o

naglašenosti anizotropije, jasno uočljive (sl. 2.5.1-a); okomito na slojevitost ili škriljavost kamen se odlikuje maksimalnom tlačnom čvrstoćom • kameni se blok ili element pili paralelno sa slojevitosti ili škriljavosti (po daski ili po versu), a plohe slojevitosti ili škriljavosti položene su usporedno s

licem elementa (sl. 2.5.1-b); u tom slučaju, paralelno sa slojevitošću i škriljavošću tlačna je čvrstoća niska, lako dolazi do razlistavanja paralelno s licem kamenog bloka ili elementa

• kameni se blok ili element pili okomito na slojevitost ili škriljavosti, a te su plohe okomite na licu bloka ili elementa (sl. 2.5.1-c).

Spomenimo još da kamen homogene teksture ne mora uvijek biti izotropan već je u njemu moguća kriptoanizotropija. Poznata je činjenica da se u intruzivnim stijenama također nalaze tri međusobno okomite teško uočljive plohe. Duž jedne od njih stijena se lako cijepa, a duž jedne cijepanje je nemoguće. U mramorima je također moguća kriptoanizotropija. Kalcit pri metamorfozi - prekristalizaciji može kristalizirati s približno međusobno paralelnim kristalografskim osima, što se odražava na izgled površine mramora u odnosu na propuštanje i odražavanje svjetlosnih zraka. Opisane se razlike nalaze i u kamenim blokovima, što treba uzeti u obzir pri izradi finalnih proizvoda.

Pod strukturom podrazumijevamo oblik pojedinih sastojaka u kamenu i njihovu veličinu. Glavne strukture kamena eruptivnog postanka jesu: • granularna ili zrnasta, kada su svi minerali u stijeni iskristalizirali i jednakih su veličina; karakteristična je za dubinske ili intruzivne stijene (sl. 2.5.2);

s obzirom na veličinu zrna kamen zrnaste strukture podijeljen je prema tablici 2.5.1. • intersertalna i ofitska, kada sadrži isprepletene štapićaste plagioklase, a u intersticijama se nalazi vulkansko staklo (intersertalna) ili piroksen (ofitska);

karakteristična je za hipoabisalne stijene (sl. 2.5.3-a) • porfirska, kada sadrži idiomorfne i hipidiomorfne fenokristale ili utruske u osnovnoj masi koja može biti staklasta do mikrostalasta, ta je struktura

karakteristična za vulkanske stijene (sl. 2.5.3-b)

• porfiroidna, poseban je varijetet zrnaste strukture, kad se u jednoliko zrnastoj osnovi nalaze minerali (ponajprije K-feldspati) izrazito krupnijih dimenzija.

Tablica 2.5.1. Podjela zrnaste strukture prema veličini minerala (iz Crnković & Šarić, 2003).

Tablica 2.5.2. Naziv kIastičnih struktura prema veličini čestica (dimenzije čestica prema Wentworthovoj ljestvici (iz Crnković & Šarić, 2003).

10

Slika 2.5.5. Način pakiranja ili slaganja klasta u kamenu klastične strukture (lijeva slika): a - slaganje klasta sa zrnskom potporom, klasti se međusobno dodiruju i podupiru; klasti mogu biti cementirani kontaktnim ili dodirnim cementom, a u intersticijama se može kristalizirati porni cement; b - klasti se međusobno ne dodiruju, već su uronjeni ili "plivaju" u matriksu (iz Tišljar, 1999).

Slika 2.5.6. Organodetritama struktura (desna slika): a - ljušture školjkaša i bodljikaša međusobno se podupiru, a u intersticijama se nalazi kalcitni cement: subparalelni raspored pločastog fosilnog detritusa naglašava tekstumu anizotropiju – slojevitost: b - kalcitni skeleti organizama uronjeni su ili "plivaju" u mikritnom matriksu (Crnković & Šarić, 2003).

Glavne strukture kamena sedimentnog postanka su: • klastična, kada se sastoji od klasta ili partikula (čestica) nastalih mehaničkim trošenjem stijena; klasti su različitog stupnja uglatosti i zaobljenosti te

sferičnosti (sl. 2.5.4), ovisno o njihovu sastavu i dužini transporta te o teksturnim značajkama stijena od kojih su mehaničkim trošenjem nastali. Veličine sastojaka u kamenu klastične strukture s njihovim nazivima dana je u tablici 2.5.2. U klastičnoj strukturi klasti mogu biti raspoređeni tako da se međusobno podupiru ili su uronjeni u matriks (sl. 2.5.5)

• organodetritarna, kada sadrži fosilni detritus; skeleti ili ljušture mogu biti tako raspoređeni da se međusobno podupiru (sl. 2.5.6-a) ili su uronjeni u matriks (sl. 2.5.6-b); karakteristična je za vapnence

• kristalasta, kada se sastoji od kristaliziranih minerala, karakteristična je za evaporite.

Glavne strukture kamena metamorfnog postanka jesu: • granoblastična, kada se sastoji od granoblasta zrna nastalih prekristalizacijom pri metamorfozi, približno jednakih veličina, karakteristična je za

mramore (sl. 2.5.6-a) i kvarcite • lepidoblastična, kada u kamenu prevladavaju listićavi minerali, primjerice tinjci, koji su međusobno paralelno raspoređeni; karakteristična je za

tinjčaste škriljavce • nematoblastična, kada kamen sadrži štapićaste minerale, primjerice amfibole, koji svojim subparalelnim rasporedom naglašavaju lineaciju;

karakteristična je za amfibolske škriljavce • porfiroblastična, kada se u sitnozrnastoj masi nalaze krupniji kristali - porfiroblasti; poseban oblik te strukture je okcasta struktura karakteristična za

gnajsove, kada se u sitnozrnastoj kvarc-feldspatsko-tinjčastoj masi nalaze krupni granoblasti feldspata (sl. 2.5.7-b) • kataklastična, kada su minerali jače zahvaćeni drobljenjem (kataklaziranjem) negoli prekristalacijom • blastopsefitska i blastopsamitska, kada su u novonastaloj metamorfnoj tvorbi zaostale uočljive klastične strukture sedimentne stijene zahvaćene

metamorfozom.

11

Mnoga svojstva kamena ovise o njegovoj strukturi. O veličini sastojaka i njihovoj zbijenosti, primjerice, ovise lom kamena i izgled površine prijeloma. Gusti i sitnornsti kamen homogene teksture obično ima ravan do plitko-školjkast lom. Što su sastojci sitnijeg zrna, to je površina prijeloma izrazitije glatka. Gusti mikritni vapnenci nastali zbijanjem sitnoga kalcitnog mulja imaju površinu prijeloma glatku, ponekad i porculanastog izgleda. Za razliku od njih, organogeni vapnenci tipa biosparudita s krupnim skeletnim detritusom cementiranim krupno-zrnastim sparitnim kalcitom imaju često neravan i kukast lom, dok im je površina prijeloma izrazito hrapava. Poznato je da se krupnozrnasti graniti teže obrađuju od granita sitnog zrna. To vrijedi i za mramore granoblastične strukture. Kod krupnih kristala u kamenu posebno dolazi do izražaja njihova kalavost (feldspati u granitu, kalcit u mramoru). 2.5.1. Fizikalna svojstva minerala

Minerali, sastojci stijena i kamena, homogena su prirodna tijela s pravilnim rasporedom atoma ili iona u prostornoj kristalnoj rešetki, stalnoga kemijskog sastava i određenih fizikainih svojstava. U prirodi ih rijetko nalazimo kao samorodne elemente (ugljik kao grafit, šungit i dijamant). Redovito su to kemijski spojevi. Minerali koji su bitni sastojci stijena nazivaju se petrogeni ili stjenotvorni minerali.

Fizikalna su svojstva važna za međusobno razlikovanje minerala, ali i zbog njihovog utjecaja na svojstva mineralnog agregata - kamena. Boja i sjaj su svojstva koja se prvo uočavaju. S obzirom na boju, minerali su idiokromatični i alokromatični. Prvi, idiokromatični, odlikuju se stalnom i karakterističnom bojom. Tako je, primjerice, malahit (bakarni bazični karbonat) zelene boje, a hematit (željezni oksid) crvene boje (po boji sljeza i krvi dobili su imena). Idiokromatični minerali su u kamenu prirodni pigmenti ili bojitelji. Tako su različito crvenkasto nijansirani graniti obojeni fino praškastim hematitom raspršenim u K-feldspatu. Alokromatični su minerali bezbojni ili od primjesa različito obojeni. Tipičan primjer alokromatičnog minerala je kvarc koji može biti bezbojan i proziran (gorski kristal), mliječnobijel (bjelutak), žut (citrin), crven (željeznjak), ljubičast (ametist - v. sliku 2.5.8), smeđ (čađavac) i crn (morion). Neprozirni minerali nazivaju se opakim. Za određivanje izvorne boje minerala, služimo se jednostavnim pokusom. Zaparamo mineralom po hrapavoj tvrdoj porculanskoj pločici i mineral ostavi na pločici praškasti trag svoje karakteristične boje. To je crt ili ogreb (sl. 2.5.11). Primjerice, crvenkastosmeđi kalcit, modri halit ili zeleni fluorit, pokazat će na ogrebu bijelu boju koja svjedoči da takve (crvenkastosmeđe, modre i zelene) boje tih minerala nisu i njihove izvorne, odnosno, da su ti minerali, primarno bijeli, naknadno obojani nekom stranom supstancijom. Idiokromatski minerali će ostaviti praškasti trag jednake boje kakav je i mineral. Tako, primjerice, hematit uvijek daje crveni ogreb. Pokusom ogreba dobivamo vrlo vrijedne podatke u određivanju boje opakih minerala. Sjaj minerala ovisi o njegovoj sposobnosti loma i odbijanju svjetlosti. Sjaj (v. slike 2.5.9 i 2.5.10) može biti: metalan (pirit, srebro; v. sliku ), dijamantni (dijamant), staklast (kvarc, feldspati, kalcit), mastan (sumpor, kvarc), sedefast (gips, tinjci), svilenast (malahit, serpentin), smolast (sumpor) i voštan (opal). O sjaju minerala ovisi izgled površine prijeloma kamena, kao i površina obrađenih posebnim postupcima. Tako se posebnim svjetlosnim efektima odlikuje cipolino, agregat kalcita i tinjaca, s izraženim staklastim (kalcit) i sedefastim (tinjac) sjajem.

Slika 2.5.7. Teksture i strukture metamorfnih stijena: a - mramor, homogene teksture i granoblastične strukture; b - gnajs, škriljava tekstura naglašena paralelnim rasporedom listića tinjaca i okcasta grano-lepidoblastična struktura (Crnković & Šarić, 2003).

12

Slika 2.5.8. Varijacije boja minerala (lijevo): (a) Ova dva uzorka minerala imaju nešto zajedničko – iako zbog boje tako ne izgleda, radi se o kvarcu, sastavljenom od silicijeva dioksida (SiO2). Boja im se razlikuje jer svaki sadrži tragove različitih nečistoća. (b) Varijacije boje unutar istog kristala, vrsta turmalina pod imenom elbait. Nečistoće ugrađene u njihovu strukturu tijekom postanka određuju boju kristala ovog minerala, tipično sadržavajući ružičastu i zelenu (iz Chernicoff & Whitney, 2007).

Slika 2.5.9. Srebro ima metalni sjaj (desno). Ovaj uzorak je pronađen u sjevernom Michiganu (iz Chernicoff & Whitney, 2007).

Tablica 2.5.3. Toplinsko širenje nekih minerala od 200 do 1000O C u %.

Toplinsko širenje je svojstvo minerala da zagrijavanjem povećava, a hlađenjem smanjuje obujam. U tablici 2.5.3. dani su podaci o toplinskom širenju nekih petrogenih minerala u ovisnosti o kristalografskim osima.

Kalcit je jedan od rijetkih minerala koji se zagrijavanjem steže smjerom paralelno s kri-stalografskom osi c.

Toplinsko širenje minerala važno je svojstvo jer je kamen izložen stalnim dnevnim i sezonskim promjenama temperature. Stalnim povećavanjem i smanjivanjem obujma pojedinih minerala u kamenu počinju slabjeti međusobni kontakti ili dodiri, što je početak procesa dezintegracije ili mehaničkog trošenja.

13

Slika 2.5.10. Nemetalni sjaj može biti: (a) sedefast kao kod gipsa (b) zemljan kao što ima realgar; (c) svilenkast kao krisotil; (d) staklast (kadikad do voštan) kao roza

kvarc, ili (e) dijamantni kao anglezit (iz Chernicoff & Whitney, 2007).

Slika 2.5.11. Za određivanje izvorne boje minerala, služimo se jednostavnim pokusom. Zaparamo mineralom po hrapavoj tvrdoj porculanskoj pločici i mineral ostavi na pločici praškasti trag svoje karakteristične boje. To je crt ili ogreb (sl. 2.5.11). Primjerice, crvenkastosmeđi kalcit, modri halit ili zeleni fluorit, pokazat će na ogrebu bijelu boju koja svjedoči da takve (crvenkastosmeđe, modre i zelene) boje tih minerala nisu i njihove izvorne, odnosno, da su ti minerali, primarno bijeli, naknadno obojani nekom stranom supstancijom. Idiokromatski minerali će ostaviti praškasti trag jednake boje kakav je i mineral. Iako su mnogi uzorci hematita (Fe2O3) čeličnoplave boje, ostavljaju crvenkastosmeđe tragove (iz Chernicoff & Whitney, 2007).

Gustoća minerala je omjer njegove mase i njegova volumena, tj. definira se kao masa jediničnog volumena i izražava u g/cm3. Razlikujemo lake (G = 1-2), srednje teške (G = 2-4 g/cm3), teške (G = 4-6 g/cm3) i vrlo teške (G > 6 g/cm3) minerale. Najveći dio petrogenih minerala su gustoća između 2,5 i 2,7 g/cm3.

Tvrdoća minerala očituje se otporom koji pruža njegova površina prema sili parenja, utiskivanja, brušenja i udarca. U mineralogiji je u primjeni relativna tvrdoća prema Mohsu (sl. 2.5.12), s ljestvicom koja sadrži 10 minerala. Tvrdoću minerala možemo odrediti i s obzirom na otpor što ga mineral pruža brušenju karborundom (SiC, silicij-karbid) u prahu čija relativna tvrdoća iznosi između 9 i 10 po Mohsovoj Ijestvici. Uz pretpostavku tvrdoće korunda 1000, tvrdoće ostalih minerala dobivene ovom metodom u usporedbi s relativnom tvrdoćom prikazane su slikom 2.5.12., na kojoj je dan odnos relativnih tvrdoća prema Mohsu i tvrdoća prema Rosiwalu. Tvrdoća minerala važno je svojstvo jer o njoj ovisi otpornost kamena na habanje. To svojstvo utječe na primjenu kamena za popločavanje i izradu stuba. Tako će se za površine podvrgnute jakom habanju prije odabrati granit (kvarc T = 7 i feldspat T = 6) ili kvarcit (kvarc T = 7) negoli mramor (kalcit T = 3). Poput ostalih značajki minerala, i njihova tvrdoća ovisi o strukturi. Ona je u različitim smjerovima različita (npr. mineral disten - na plohi uzduž dva međusobno okomita pravca ima relativnu tvrdoću 4 i 7).

14

Slika 2.5.12. Mohsova ljestvica tvrdoće – uobičajeni prikazi (kompilirana iz Chernicoff & Whitney, 2007. - lijevo i po Rosiwalu - sredina iz Crnković & Šarić, 2003., desno - Šestanović, 2001).

Mineral

Relativna tvrdoća

po Mohsu

Karakteristike

milovka (talk) 1

gips (sadra) 2

paraju se noktom

kalcit 3

fluorit 4

apatit 5

ortoklas 6

paraju se željeznom iglom, komadićem prozorskog stakla i čeličnim nožem

kvarc (kremen) 7

topaz 8

korund 9

dijamant 10

paraju staklo; ne

mogu se parati niti čeličnim nožem

Sl. 2.5.13. Kalavost minerala (lijevo): a - jednosmjerna kalavost, kada se mineral kala paralelno s jednom plohom (gips) b - dvosmjerna kalavost, kada se mineral kala paralelno s (K-feldspat) dvjema plohama c - višesmjerna (trosmjerna) kalavost, kada se mineral kala paralelno s više (tri) ploha (kalcit, kalavost plohama romboedra) d - mineral bez kalavosti: kvarc (iz Muller, 1989., preuzeto od Crnković & Šarić, 2003)

Sl. 2.5.14. Školjkasta površina loma na kristalukvarca (desno). Kvarc koji ima jednako jake kovalentne veze u svim smjerovima nema ravnina slabosti. Stoga se lomi nepravilno umjesto da se kala(iz Chernicoff & Whitney, 2007).

15

Slika 2.5.15. Razlikovanje minerala prema kalavosti. (a) Halit ima tri međusobno okomite plohe cijepanja koje tvore kocke, pravokutne i stepenaste oblike. (b) Liskun (tinjac) ima jednu savršenu plohu kalanja koja oblikuje listove. (c) Kod kalcita tri plohe cijepanja nisu međusobno paralelne; cijepanjem kalcita nastaje geometrijsko tijelo koje se naziva romboedar. (d) Mikrofotografija kalanja augita pokazuje ravnine koje se sijeku pod približno pravim kutem. (e) Mikrofotografija cijepanja hornblende pokazuje ravnine koje se sijeku pod kutevima imeđu 60° i 120° (iz Chernicoff & Whitney, 2007).

Slika 2.5.16. Dijamant prije i nakon rezanja (iz Chernicoff & Whitney, 2007). (a) - Običan neobrađeni dijamant; (b) – Izrezan i izbrušeni dijamant.Samo rijetki dijamanti nađu se u prirodi savršenog oktaedarskog oblika (dvije četverostrane piramide sljubljenih baza).

Kalavost je svojstvo minerala da se pod udarcem cijepa na manje dijelove paralelno kristalnim ploharna. Kalavost može biti: - jednosmjerna, kada se mineral cijepa paralelno s jednom kristaInom plohom (sl. 2.5.13-a), - dvosmjerna, kada se mineral cijepa paralelno s dvjema kristalnim plohama (sl. 2.5.13-b), - višesmjerna, kada se mineral cijepa paralelno s tri ili više kristainih ploha (sl. 2.5.13-c)

Ima minerala koji se tim svojstvom ne odlikuju (sl.1.II.d). Kalavost minerala utječe na svojstva kamena, posebice kada su u njemu minerali krupnijih dimenzija.Tako se, primjerice, sitnozrnasti mramor lakše obrađuje od krupnozrnastog jer se kalcit kao njegov sastojak odlikuje trosmjernom romboedarskom kalavošću.

16

Habitus minerala je njegov vanjski izgled s obzirom na kristainu formu i moguće neskladnosti. Minerali mogu kristalizirati kao: - idiomorfni, kada odgovaraju vlastitoj kristalnoj formi - hipidiomorfni, kada imaju djelomično vlastitu kristainu formu - alotriomorfni ili ksenomorfni, kada su nepravilnog ili tuđega oblika.

Oblik minerala (v. slike 2.5.16, 2.5.17 i 2.5.18), ovisno o pripadnosti odgovarajućem kristalnom sustavu i uvjetima tijekom kristalizacije, može biti: - izometričan ili ekvidimenzionalan, ravnomjeran, oblika kocke, oktaedra, tetraedra i sl. - anizometričan, neravnomjeran, oblika ploče, listića i ljuske te prizme, stupića, iglice i vlakna.

Oblik minerala ovisi o mnogim čimbenicima koji su djelovali tijekom njihova nastajanja (temperatura, tlak, veličina prostora, prekidi za vrijeme kristalizacije te koncentracija, viskoznost i čistoća taljevine, odnosno otopine i sl.). Zbog često nepovoljnih uvjeta razvoja minerali se u prirodi nalaze većinom u određenim nepravilnim oblicima koji su rezultat defekata u njihovoj građi ili strukturnoj rešetki, a nazivaju se realnim kristalima.

Slika 2.5.17. Neobične kristalne tvorbe. (a) Rozeta od barita; (b) Botroidalni malahit (zelen); (c) Igle stibnita (iz Chernicoff & Whitney, 2007).

Slika 2.5.18. Nedavno otkriveni gigantski kristali kvarca u špilji na sjevernom dijelu Chihuahuae, Meksiko (iz Chernicoff & Whitney, 2007).

Oni mogu biti razvučeni ili razvijeni u obliku kristalnih skeleta te kao kristalasti agregati (ako tijekom kristalizacije nije bilo prostora za nesmetan razvoj kristalnih ploha). Međutim. ako je neki kristal nastao u idealnim prilikama, njegov oblik je posve pravilan i sliči modelu pa se naziva idealnim kristalom. Budući da realni kristali nisuidealna homogena, izotropna i savršeno elastična tijela, njihova fizička svojstva su različita od onih kod idealnog kristala. Prema obliku, minerali mogu biti izometrični, prizmatski, stupičasti, stapićasti, pritkasti, igličasti, vlaknasti, tabličasti, pločasti, listićavi i ljuspičavi.

17

TABLA 2.5.I. Raskoš i ljepota prirodnih minerala. (iz Wenk & Bulakh, 2006). Slika 2.5.19. Glavna svijetska nalazišta dragog kamenja (iz Wenk & Bulakh, 2006).

Različitost habitusa, oblika, boja i sjaja nekih minerala te savršenost, sklad i raskošnost prirodnog pojavljivanja prikazani su na tablama 2.5.I do 2.5.XII. Na slici 2.5.19. prikazana su glavna svijetska nalazišta dragog kamenja. Na predna tehnologija omogućuje i sintetsku proizvodnju dijamanata (TABLA 2.5.I-b).

18

TABLA 2.5.II. TABLA 2.5.III

19

TABLA 2.5.IV. TABLA 2.5.V.

20

TABLA 2.5.VI. TABLA 2.5.VII.

21

TABLA 2.5.VIII. TABLA 2.5.IX.

22

2.5.2. Kemijsko ponašanje minerala

Ponašanje minerala prema određenim reagensima (najčešće su to kiseline) različito je, što nam ponekad u laboratoriju i na terenu pomaže da relativno brzo odredimo o kojemu se mineralu radi. Prema kemijskom ponašanju minerali mogu biti:

• kemijski otporni (kvarc, cirkon, muskovit) • kemijski neotporni (feldspati, pirokseni) • kemijski topivi (soli) • kemijski reaktivni (opal, zeoliti).

Ako agregat za pripremu betona sadrži reaktivne silicijske minerale, u stvrdnutom betonu može doći do kemijske reakcije između ovih minerala i alkalija (Na2O i K2O) iz cementa. nastali spojevi imaju veći volumen nego oni koji su usli u reakciju, zbog čega se pojavljuju unutarnja naprezanja u betonu koja rezultiraju mrežastim pukotinama. Takva pojava naziva se alkalno- silikatnom reakcijom.

Za ispitivanje optičkog ponašanja minerala u polariziranom svjetlu rabi se polarizacijski mikroskop, kojim se promatra tanki preparat minerala (izbrusak). Ta metoda omogućuje razlikovanje bezbojnih od obojenih minerala, utvrđivanje indeksa loma, i optičke anizotropnosti razlikovanje amorfnih minerala od kristaliziranih i sl.

Za određivanje nekoga nepoznatog minerala često primjenjujemo kemijske metode. Ovisno o potrebi, mineral se ispituje kvalitativno i kvantitativno. Ako nas zanimaju kemijski elementi od kojih je mineral izgrađen, primjenjuje se kvalitativna analiza, pri čemu se može primijeniti mokri postupak (mineral se otopi i različitim reagensima utvrđuje se njegov sastav) i suhi postupak (mineral se žari i, ovisno o njegovoj reakciji na visoku temperaturu, utvrđuju se elementi koji ga izgrađuju). Ako se želi ispitati količinska zastupljenost elemenata u mineralu, upotrebljava se kvantitativna kemijska analiza.

Rendgenska ispitivanja minerala najčešće se provode na sitnim frakcijama minerala ili agregata metodom praha. Veoma tanki vlaknasti valjak, izrađen od mineralnog praha i odgovarajućeg ljepila, podvrgne se rendgenskim zrakama i na filmu se dobije određena karakteristična slika koja omogućuje odredbu minerala. Primjenom ove metode dobiva se uvid u strukturu minerala, što rezultira novim spoznajama o njegovim geometrijskim, fizičkim i kemijskim značajkama.

Mineralni se prah može ispitati i termičkim metodama od kojih je najčešća diferencijalna termička analiza. Ovom metodom određuje se temperatura na kojoj dolazi do termičke reakcije minerala, uzrokovane fizičkim i kemijskim promjenama, kad se uzorak postupno zagrijava (obično do oko 1000°C). Takva ispitivanja omogućuju stjecanje spoznaja o općim značajkama reakcije, koja može biti endotermna (dehidratacija i raspadanje strukture) i egzotermna (nastajanje novih visokotemperaturnih formi). Rezultati se prikazuju krivuljom koja je znakovita za određeni mineral.

Osim navedenim metodama minerali se mogu ispitivati i drugim načinima radi utvrđivanja njihovih magnetskih, organoleptičkih i radioaktivnih svojstava te luminiscencije. Za određivanje veličine i oblika sitnih čestica u mineralima glina koristi se elektronski mikroskop koji omogućuje povećanje i do 15000 puta, a snimljeni uzorci mogu se povećati jos pet puta.

Sa stajališta graditeljske prakse, znanje o mineralima pomaže kod određivanja cjelokupnog sastava stijenske mase. Drugim riječima, da bismo mogli utvrditi sastav stijene u kojoj (ili na kojoj) namjeravamo izvesti određenu građevinu, ili kamena kojim gradimo, moramo odrediti mineraini sastav i njihove količinske odnose, te njihovo eventualno bubrenje, skupljanje, raspadanje pod utjecajem atmosferilija i ostala fizičko-kemijska svojstva. Primjera radi, na ponašanje lapora bitno utječu minerali glina, koji su veoma osjetljivi na vlaženje tako da montmorilonit može povećati svoj volumen i do 10 puta i pri izvedbi tunela izazvati neželjene posljedice. Povećanje volumena vlaženjem primijećeno je i kod minerala kaolinita (do 25%).

23

2.5.3. Sistematika petrogenih minerala

Danas nam je poznato više tisuća različitih minerala i njihovih varijeteta u prirodi, koji su razvrstani u skupine. Ipak, u građi litosfere sudjeluje tek manji broj mineralnih vrsta, od kojih se neki, agregirani u stijenske komplekse, rabe u graditeijstvu i industriji građevnog materijala.

Minerale u eruptivnim stijenama, s obzirom na genezu ili postanak, dijelimo na: • primarne, koji su kristalizirali iz silikatne taljevine, magme ili lave (olivin, pirokseni, amfiboli, feldspati, kvarc) • sekundarne, koji su procesima alteracije ili trošenja nastali od primamih (olivin → serpentin → piroksen→ klorit→ feldspati → sericit → minerali

glina).

S obzirom na kemijski sastav, petrogene silikatne minerale dijelimo na: • SALSKE, silicijsko-aluminijske, svijetlo obojene (kvarc, feldspati, feldspatoidi) • FEMSKE ili mafične, željezno-magnezijske, tamno obojene (olivin, pirokseni, amfiboli, biotit).

Petrogeni su minerali sistematizirani ili ujedinjeni u skupine prema kemijskom sastavu, odnosno odgovarajućem anionu. Jedino je u skupini silikata daljnje razvrstavanje obavljeno na temelju strukturnih značajki.

Elementi Grafit - C (elementarni ugljik) kristalizira u tanko pločastim i listićastim kristalima heksagonalnih ili šesterokutnih kontura, ili je prutićast i zemljast. Crne je boje, mekan, metalnoga sjaja, savršene jednosmjerne kalavosti. T = 1, G = 2,22. Prirodni je pigment koji u kamenu može biti raspršen ili trakasto, krpasto i poput oblaka agregiran. Kamen, primjerice mramore, boji različitim nijansama sive boje, širokog spektra prirodnih dezena ili šara. Grafit je u kamenu, za razliku od šungita – drugoga varijeteta elementarnog ugljika, stabilan pigment. Dijamant - C je također stabilna polimorfna modifikacija ugljika. Tvrdoće je 10, gustoće 3.51 g/cm3, sjaja dijamantskog. Bezbojan je, ali mu različitu obojenost daju primjese tako da može biti plav, žut, smeđ i (rijetko) crn. Nalazi se u ultrabazičnim eruptivnim stijenama - kimberlitima - koje su glavna primama nalazišta dijamanata. Zbog iznimne otpornosti prema trošenju, nalazimo ga i u riječnim nanosima (sekundarna ležišta). Kristalizira u teseralnom sustavu. Zbog velike tvrdoće rabi se u izradi kruna za istraživačko bušenje u tvrdim stijenama, a kao abraziv - i za alate kojima se obrađuju kamen i tvrdi metali (u tim se slučajevima rabe pretežito umjetno proizvedeni dijamanti). Obrađeni dijamanti su skupocjen nakit. Ako su brušeni u obliku bipiramide, zovu se brilijanti, a oni u obliku polukugle rozete. Sumpor - S (elementami sumpor) kristalizira u agregatima zrnaste i vlaknaste građe ili tvori bubrežaste i zemljaste nakupine. Žute je boje, smeđ do tamno siv, masnog do smolastog sjaja. T = 2, G = 2,0. Sumpor kao sublimat može biti sastojak eruptivnih vulkanskih stijena, a u neznatnim ga količinama nalazimo u sedimentnim stijenama gdje ukazuje na reduktivne uvjete postanka, te rijetko u nekim mramorima.

Sulfidi Pirit - FeS2 (željezni sulfid) kristalizira u različitim formama: pentagonskom dodekaedru i pseudoheksaedru s međusobno okomito isprutanim plohama, ili je zrnast. Zlatnožute je boje i metalnog sjaja. Kemijskim trošenjem prelazi u željezne okside i hidrokside, limonitnu tvar, kada mu površina postaje smeđasta. Tvrdi je mineral, T = 6-6,5 pa pri udarcu čekićem izbijaju iskre uz miris na sumporni dioksid. G = 5,0-5,2. Kristalizira u različitim uvjetima, pa ga nalazimo u eruptivnim, sedimentnim i metamorfnim stijenama. U sedimentnim reduktivnim uvjetima nastaje i biokemijskim načinom, djelovanjem bakterija i drugih mikroorganizama, kada je oblika mikroskopski sitnih kuglica. U prirodnom je kamenu štetan sastojak jer pod djelovanjem vode i kisika lako oksidira. U tom procesu nastaju sumporna kiselina i limonitna tvar, koja svojim smedastim prevlakama, mrljama i difuznim širenjem narušava prvobitan izgled površine prirodnog kamena.

24

Markazit - FeS2 (željezni sulfid) kristalizira u pločastim i stupićastim kristalima tvoreći bubrežaste, kuglaste i grozdaste tvorevine. Zlatnožute je boje sa zelenkastom nijansom. T = 6-6,5 G = 4,9. Sastojak je ponajprije sedimentnih stijena. U prirodnom je kamenu, poput pirita, štetan sastojak. Lakše i brže podliježe kemijskom trošenju od pirita. Pirotin - FeS (željezni sulfid) kristalizira u heksagonalnim pločastim farmama ili je zrnast. Brončanožute do bakrenocrvene je boje, metalnog sjaja i magnetičan je. T = 4, G = 4,58. Sastojak je bazičnih i ultrabazičnih eruptivnih stijena. U prirodnom je kamenu štetan poput pirita.

Oksidi i hidroksidi

Oksidi su spojevi kisika s drugim kemijskim elementima, a hidroksidi su spojevi elemenata s hidroksilnom skupinom OH . Kisik je najzastupljniji element litosferi: njegov je maseni udio 50%, a volumni 90%. Voda – H2O u sva tri agregatna stanja ima najveću važnost među oksidima. Pri normalnom tlaku na temperaturi između 00C i 1000C ona je u tekućem stanju, iznad 1000C prelazi u paru, a kod 00C u led pri čemu se volumen povećava za 1/11. Tvrdoća leda iznosi 1.5, a gustoća 0.9175 g/cm3. U tanjim nakupinama je bezbojan, a u debljima postaje plavičast. U malim količinama voda se nalazi i u magmi, ali kao pregrijana vodena para. Česta je njezina pojava i u kemijskom sastavu mnogih minerala (koji kristaliziraju iz magme uz prisutnost vode), a u kori trošenja sudjeluje u metamorfozi različitih minerala. Kvarc ili kremen – SiO2 (silicijev dioksid) kristalizira u prizmatskim farmama ili je zrnast. Tipičan je alokromatski mineral, bezbojan i različito obojen. Sjaj na plahi mu je staklast, a na prijelomu mastan. T = 7, G = 2,65. Kemijski je otporan, pa ne podliježe alteracijama i kemijskom trošenju. Sastojak je kiselih eruptivnih (granit, riolit), klastičnih sedimentnih (pješčenjak) i metamorfnih (kvarcit) stijena. Kristalizirani SiO2 u prirodi ima nekoliko modifikacija, od kojih je opisana nisko temperaturna. Niskotemperaturna modifikacija pri 575°C prelazi u visokotemperaturnu. Taj prelaz prate i promjene fizikaInih svojstava, od kojih spomenimo promjenu gustoće sa 2,65 (niskotemperaturni) na 2,51 (visokotemperaturni) uz povećanje obujma (molekularni volumen niskotemperaturnog kvarca je 22,69 cm3, a visokotemperaturnogje 23,72 cm3, razlika je približno 4,5 %). Kritpokristalasti i vlaknasti varijetet SiO2 je kalcedon. Nalazimo ga u bubrežastim, grozdastim i sigastim nakupinama, ili kako ispunjava geode. Različitih je boja i voštanog sjaja. Varijetet kalcedonskog agregata u kojemu se izmjenjuju slojevi različitih debljina i boja je ahat. Ostali varijeteti kalcedona jesu: karneol (crven), jaspis (žutosmeđecrven) i oniks (izmjena bijelih i crnih lamina). Opal – SiO2 ·nH20 (silicijev dioksid s promjenjivim udjelom vode) amorfna je tvar koja tvori kuglaste, bubrežaste, sigaste, koraste i zemljaste nakupine. Različitih je boja, voštanoga sjaja. T = 51/2-61/2 , G =1,9-2,5. Tvrdoća i gustoća ovise o udjelu vode sadržane u njemu. Tipičan je sekundarni mineral nastao trošenjem silikata. Izgraduje skelete nekih organizama (dijatomeja, radiolarija, iglice spužvi). Opalizira organske tvari, pa je poznat drveni opal s očuvanom građom drva. Nakuplja se oko vrućih izvora i gejzira. Opal se odlikuje pucolanskim svojstvom. Korund - Al2O3 (aluminijev oksid) kristalizira u bačvastim prizmatskim i stupićastim oblicima ili u zrnastim agregatima. Alokromatičan je, bezbojan i različito obojen, staklastoga sjaja. T = 9, G= 3,9-4,1. Kemijski je otporan. Sastojak je eruptivnih i metamorfnih stijena. Zbog visoke tvrdoće, kojom odskače od najvećeg dijela silikata, nije poželjan kao sastojak u prirodnom kamenu. Koristi se kao abraziv, a u građevinarstvu za izradu kruna koje služe kod istraživackog bušenja u tvrdim stijenama. Čisti varijeteti lijepih boja su drago kamenje (crveni korundi su rubini, modri safiri, zeleni orijentaini smaragdi itd.). Hidrargilit (džipsit) –Al(OH)3, dijaspor i bemit - A1OOH te sporogelit Al2O3·H2O nastaju u površinskom dijelu trošenjem alumosilikata. Česti su sastojci boksita i zemlje crvenice. Bijele su boje, ali različitim primjesama mogu biti različito obojeni. Boksit je stijena koja se sastoji od aluminijskih hidroksida s promjenljivim sadržajem željeznih oksida, hidroksida i silicij-dioksida. Tvrdoća mu varira od 1 do 3, a gustoća od 2.4 g/cm3 do 2.5 g/cm3. Bijele je boje (kad je čist), žute i smeđecrvene od limonita. Koristi se kao sirovma u proizvodnji glinice i boksitnog (lafarž) cementa. Vapnenac sa sastojcima boksita nije podoban zarad u građevinarstvu. Zemlja crvenica (terra rossa) je netopljivi ostatak vapnenca, a sastavljena je pretežito od aluminijskih hidroksida, željeznih oksida i hidroksida. U području krša ispunjava pukotine i šupljine, a redovito je nalazimo i na dnu vrtača. Odlikuje se crvenkastosmeđom bojom.

25

Hematit - Fe203 (željezni oksid) obično je zrnast, rjeđe nalazimo pločaste kristale romboedarskog habitusa. Crvene je boje, u zrnastim agregatima, može biti čeličnosiv, metalnoga sjaja. T = 61/2, G = 5,25. Nastaje u svim geološkim uvjetima, eruptivnim, sedimentnim i metamorfnim. U prirodnom je kamenu stabilan pigment koji kamen boji različitim nijansama crvene boje. Ilmenit - FeTiO3 (željezno-titanov oksid) kristalizira u romboedrima pločastog oblika ili je zrnast i često skeletaste grade. Neproziran je, crnosmeđ i crn, metalnoga sjaja. T = 5-6, G = 4,55. Kemijski je otporan. Sastojak je bazičnih eruptivnih i nekih metamorfnih stijena. Na poliranoj površini gabra uočava se po metalnom sjaju, za razliku od ostalih silikatnih sastojaka koji su staklastoga sjaja. Magnetit - Fe304 (željezni oksid) često kristalizira u obliku oktaedra ili je zrnast. Neproziran je, crn, metalnoga sjaja: T = 51/2, G = 5,2. Magnetičan je. Sastojak je eruptivnih i metamorfnih stijena. Kromit - FeCr2O4 (željezno-kromov oksid) kristalizira u obliku oktaedra ili je zrnast. Neproziran je, crn, polumetalnoga sjaja. T = 5,5, G = 4,5-4,8. Sastojak je bazičnih i ultrabazičnih eruptivnih stijena. Rutil - TiO2 (titanov oksid) prizmatičan je i igličast. Boje je crvene ili smeđe do crne, dijamantnoga sjaja. T = 6-6,5, G = 4,2. Kemijski je otporan. Sastojak je eruptivnih i metamorfnih stijena. Getit – FeOOH (željezni hidroksid) igličast je, redovito tvori oolitične, grozdaste, bubrežaste i sigaste agregate, na površini često s caklovicom. Boje je smeđe do crne, metalnoga i svilenastog sjaja. T = 5-5,5, G = 5,3. Tipičan je sekundarni mineral, na površini litosfere nastao kemijskim trošenjem minerala koji u svom sastavu sadrže željezo. U prirodnom kamenu je stabilan pigment koji kamen boji različitim nijansama žućkaste i smeđaste boje. Limonit - Fe2O3· nH2O (smjesa željeznih oksida i hidroksida) skupni je naziv za željezne oksidne i hidroksidne produkte kemijskog trošenja minerala sa željezom. Te žutosmeđe produkte nalazimo kao korice ili cjedine duž stijenki pukotina u kamenu i kao uočljive pjege oko oksidiranog pirita, markazita i sl. U tom je pogledu limonitna tvar nepoželjna u prirodnom kamenu. Međutim, kao stabilan prirodni pigment limonitna supstancija može u kamenu tvoriti različite šare ističući teksturnu anizotropnost (poput različito smeđasto obojenih proslojaka). Naziv limonit se koristi kao opći pojam za koloidnu tvorbu hidratiziranih željeznih oksida, a nalazi se u zemljastim, bubrežastim i grozdastim nakupinama.Ali, ako je fino dispergiran u stijeni, onda je koristan. Npr. grčki mramori koji sadrže 0.12% fino dispergiranog limonita imaju lijepu putenastu boju, što znači da je limonit ovdje koristan, odnosno poželjan.

Karbonati

Kalcit - CaCO3 (kalcijev karbonat) kristalizira u formama romboedra koji može biti pločastog habitusa i skalenoedra ili tvori zrnaste agregate. Tipičan je alokromatični mineral, bezbojan i proziran, a od primjesa može biti različito obojen (žućkast, crvenkast, zelenkast, čak i crn), staklastog sjaja. Odlično se kala plohama romboedra. T = 3, G = 2,72. Tek je neznatan dio kalcita magmatskog, a nešto veći dio hidrotermalnog postanka. Najveći dio je sedimentnog postanka, ponajprije organogenog; te kao precipitat iz vodenih otopina. Kalcit nastaje i biokemijski - posredstvom organizama i mikroorganizama koji izlučuju skelete od CaC03 (školjke, koralji, alge, foraminifere itd.). Osim u moru, izlučuje se i u slatkoj vodi na kopnu, poput siga u špiljama i vapnenačke sedre na slapovima krških rijeka, koje su bogate otopljenim kalcijevim hidrokarbonatom Ca(HCO3)2. S obzirom na opisani postanak, kalcit je glavni sastojak vapnenaca. U vodi se teško topi, ali ako je voda bogata ugljik-dioksidom (atmosferska voda), tada prelazi u kalcij-hidrokarbonat koji je lakše topljiv, prema formuli:

CaC03 + H2O + CO2 ↔ Ca(HCCO3)2

Kalcij-hidrogenkarbonat nije stabilan spoj. Ako iz njegova sastava izađe karbonatna kiselina, ponovo nastaje teško topljivi kalcij-karbonat. Reakcija je, dakle, reverzibilna. Tako nastaju sige u špiljama i bigar ili sedra oko slapova krških rijeka. Kalcit je veoma važan petrogeni mineral. Bitan je sastojak vapnenca, metamorfnih stijena mramora i njihovih breča (koji nastaju preobrazbom vapnenca pri povišenom tlaku i temperaturi), vapnenačkih pješčenjaka i lapora, što mu daje posebnu važnost u građevinskoj praksi, i to s dva stajališta: kao materijala kojim se gradi i materijala na kojemu i u kojemu se gradi. Vapnence (općenito sve stijene koje sadrže kalcit, kao i sami kalcit) lako razlikujemo po rekciji sa solnom kiselinom. Naime, uz jak šum i pjenušanje, u dodiru s hladnom razblaženom HC1 vapncnac se lako topi. U kalcitičnih glina ta je reakcija daleko blaža.

26

Aragonit - CaCO3 (kalcijev karbonat) kristalizira u štapićastim i igličastim kristalima, može biti razgranat poput koralja, kad se naziva željezni cvijet, ili tvoriti kuglaste i bubrežaste agregate. Alokromatičan je, znači bezbojan i različito obojen, staklastoga sjaja. T = 3,5, G = 2,95. Kristalizira u toplom plitkom moru, ali zbog male stabilnosti transformira se u stabilan kalcit. Dolomit - CaMg(CO3)2 (kalcijsko-magnezijski karbonat) kristalizira kao idealno razvijeni romboedri ili je zrnast. Alokromatičan je, bezbojan do sivkast i tamnosiv, staklastoga sjaja i savršene kalavosti plohama romboedra. T = 3,5-4, G = 2,85. Najveći dio dolomitnih stijena nastao je procesima dolomitizacije, pri čemu u kristalnoj rešetki kalcita ion Ca2

+ biva zamijenjen ionom Mg2+. U tom procesu često kristaliziraju idiomorfno razvijeni romboedri dolomita, što se uočava pregledom mikroskopskih preparata, izbrusaka, u prolaznom svjetlu. S obzirom na sličnost dolomita s vapnencom, lako ga razlikujemo po rekciji sa solnom kiselinom. Naime, uz jak šum i pjenušanje, u dodiru s hladnom razblaženom HC1 vapncnac se lako topi, a dolomit tek s vrućom.

Sulfati

Barit ili težac - BaSO4 (barijev sulfat) kristalizira u pločastim i zrnastim agregatima. Bezbojan je i različito obojen, staklastoga sjaja, dvosmjeme kalavosti. T = 3-3,5 G = 4,5. Kristalizira iz hidrotermalnih otopina i iz morske vode. Apsorbira rendgenske zrake, pa se upotrebljava za izradu posebnih žbuka. Zbog velike gustoće (težac!), barit se koristi za izradu teških opeka. Apsorbira radioaktivno zračenje, pa se rabi i za izradu posebne žbuke. Koristi se i kao dodatak bentonitnim isplakama (zajedno tvore, uz još neke dodatke – teške isplake) u tehnologiji izvođenja naftnih bušotina (ispiranje tijekom bušenja). Anhidrit - CaSO4 (kalcijev sulfat) kristalizira u prizmatskim i štapićastim formama ili zrnastim agregatima. Djelomično je proziran, bezbojan i različito obojen, najčešće plavkasto, staklastoga sjaja. T = 3-3,5G = 2,95. Kristalizira iz vodenih otopina, pa je tipičan evaporitni mineral, tvori važne naslage kemijskih sedimenata (evaporita). Praškasti anhidrit lako prima vodu i prelazi u gips, pri čemu se njegov volumenn poveća zza oko 60% i razvija se tlak od oko1100 bara. Pri gradnji tunela takva pojava izaziva savijanje oplate i smanjivanje tunelskog profila, a često i rušenja. Gips ili sadra - CaSO4·2H2O (kalcijev sulfat s vodom) kristalizira u pločastim kristalima pokoji put dužine do 30-ak centimetara, može biti stupićast i igličast ili tvori zrnaste agregate. Pločasti kristalići često srastaju, pa nastaju sraslaci pod nazivom lastinrep. Potpuno bijeli i kristalasti agregat zove se alabaster. Bezbojan je, često proziran ili različito obojen, staklastoga i sedefastog sjaja. Odlikuje se jednosmjernom kalavosti. T = 2, G = 2,3. Nastaje kristalizacijom iz vodenih otopina, pa je tipičan evaporitni mineral. Nastaje i izmjenom, hidratacijom anhidrita. U mnogim stijenama nastaje kao sekundarni produkt pri oksidaciji željeznih sulfida. Na građevinama obloženim kamenom karbonatnog sastava i vapnenim žbukama može nastati djelovanjem sulfatno kiselih kiša na kalcit. Zagrijavanjem na 120°C gips gubi jednu i pol molekulu vode, čime se dobije građevinski gips CaSO4·1/2 H20. Tako nastali poluhidrat ima svojstvo da ponovno primi vodu i kristalizira kao gips. Ako ga zagrijemo iznad 500°C, dobivamo tzv. estrih-gips, koji s vodom prelazi u veoma tvrdu masu (hidraulični gips). Koristi se i kao dodatak u pripremi nekih vrsta cementa.

Fosfati i halidi

Apatit – Ca5 (F,CI,OH) (PO4)3 (kalcijev fosfat) kristalizira u prizmatskim formama heksagonskog habitusa ili je igličast i pločast. Različite je boje, žut, zelen, crven do smeđ, staklastoga sjaja. T = 5, G = 3,2. Sporedni je sastojak eruptivnih i metamorfnih stijena. Halidi su u prirodi zastupljeni većim brojem minerala, ali u malim količinama. Među njima, svakako, najveću važnost ima halit - NaCl (kuhinjska sol). Kristalizira u formi heksaedra (kocke), ali se češće nalazi u zrnastim masama kao stijena, kamena sol. Halit je bezbojan mineral kojemu primjese mogu dati Žutu, smeđu i modru boju. Tvrdoće je 2, a gustoće između 2.1 i 2.2 g/cm3. Lako je topiv u vodi i slanog okusa. Nastaje uglavnom taloženjem iz morske vode. Važan je u prehrani, a rabi se i kao sirovina u kemijskoj industriji.

U tablici 2.5.4. dat je zbirni prikaz poznatijih silikata (s osnovnom građom, osnovnim predstavnicima) i nekih načina njihove uporabe. Građevna industrija nezamisliva je bez portland cementa, koji se dobiva iz karbonata i gline, ili lapora s idealnim omjerom CaCO3:glina. Na slici uz tablicu 2.5.4. je dat shematski prikaz proizvodnje portland cementa.

27

Tablica 2.5.4. Češći i važniji nesilikatni minerali (iz Chernicoff & Whitney, 2007).

Shematski prikaz proizvodnje portland cementa (iz Wenk & Bulakh, 2006).

28

Silikati

Na slikama 2.5.20 (zemljina kora) i 2.5.21 (unutrašnjost zemlje) prikazani su najzastupljeniji elementi, a na slici 2.5.22 prikazani su relativni udjeli udjeli minerala u zemljinoj kori.

Slika 2.5.20. Najzastupljeniji elementi u Zemljinoj kori (iz Chernicoff & Whitney, 2007).

Slika 2.5.21. Najzastupljeniji elementi unutar cijele Zemlje(iz Chernicoff & Whitney, 2007).

Slika 2.5.22. Relativni udio minerala u Zemljinoj kori (iz Chernicoff & Whitney, 2007). Silikati tvore gotovo 92 % svih minerala kore. Dominiraju tektosilikati: feldspat i kvarc (> 60 %).

Slika 2.5.23. Zasebni [SiO4]4- - tetraedar, prikazan na nekoliko uobičajenih načina. Slika 2.5.24. Tetraedar od silicija i kisika (Chernicoff & Whitney, 2007). Četiri molekule kisika zauzimaju vrhove teraeda, a ion silicija nalazi se u središtu. Ukupni naboj silicijevog-oksida je -4.

29

Silikati su najzastupljeniji petrogeni minerali u litosferi ili kamenoj kori. Oni tvore gotovo 92 % svih minerala zemljine kore. Dominiraju tektosilikati: feldspati i kvarc (> 60 %). Podjela silikata temelji se na njihovoj strukturnoj jedinici (SiO4)-4 - tetraedru. U toj su jedinici četiri iona kisika raspoređena na vrhovima tetraedra u čijem je središtu ion silicija.

U građi silikata mogući su ovi načini međusobnog vezivanja SiO4 - tetraedara: • nezosilikati: SiO4 - tetraedri su slobodni i poput otoka međusobno vezani kationima (olivin, granati, cirkon) • sorosilikati: dva SiO4 - tetraedra su preko zajedničkog kisika vezani u grupu (coisit, epidot, lawsonit); • inosilikati: SiO4 - tetraedri su preko kisika vezani u jednostruki (pirokseni) ili dvostruki lanac (amfiboli) • ciklosilikati: tri, četiri ili šest SiO4 - tetraedra vezano je preko kisika u izolirane prstenove (turmalin) • filosilikati: SiO4 - tetraedri tvore plošni vez – listove (tinjci, minerali glina) • tektosilikati:, SiO4 - tetraedri tvore prostorni vez (kvarc, feldspati, feldspatoidi).

Slika 2.5.25. Načini međusobnog vezivanja SiO4 – tetraedara (iz Wenk & Bulakh, 2006):(a) – nezosilikati, nezavisni tetraedri (b) – sorosilikati, izolirane grupe dvostrukih tetraedara (c) – ciklosilikati, prstenasta veza 6 tetaedara (d) – inosilikati, jednostruki lanac (e) - inosilikati, dvostruki lanac (f) – filosilikati, veza u ravnini poput lista (g) – tektosilikati, prostorna veza.

30

Slika 2.5.26. Silikatne strukture: nezosilikati – slobodni tetraedri (iz Chernicoff & Whitney, 2007). Pozitivni ioni pozicionirani su između tetraedara tako da je svaki tetraedar s nabojem -4 vezan za dva pozitivna iona, svaki naboja +2, pri čemu se oni međusobno neutraliziraju. Tetraedri ne dijele ione kisika; zbog toga je odnos silicija prema kisiku 1:4. Fotografija: olivin. Kao tipični silikat strukture s nevezanim tetraedrima ovaj mineral prije se lomi nego cijepa.

Slika 2.5.27. Silikatne strukture: sorosilikati, izolirane grupe dvostrukih tetraedara. Fotografija: kristali lawsonit (iz Slovenec, 2003). Slika 2.5.28. Silikatne strukture: inosilikati, jednostruki lanac (iz Chernicoff & Whitney, 2007). Svaki tetraedar dijeli dva kisika s priležećim tetraedrom oblikujući linearni

lanac tetraedara s odnosom silicija prema kisiku 1:3. Zbog toga što svaki tetraedar nakon što podijeli svoja dva kisika još uvijek ima naboj -2, kumulativni negativni naboj na takvim lancima privlači različite pozitivne ione zbog kojih dolazi do neutraliziranja negativnog naboja lanaca. Fotografija: kristali piroksena.

31

Slika 2.5.29-a. Gore lijevo. Silikatne strukture: inosilikati, dvostruki lanci (iz Chernicoff & Whitney, 2007). Svaki tetraedar dijeli dva kisika s priležećim tetraedrom oblikujući lanac, a uz to neki tetraedri treći kisik dijele s tetraedrom iz susjednog lanca tako povezujući lance. Pozitivni ioni su raspršeni između i unutar dvostrukih lanaca. Odnos silicija i kisika u dvostrukim lancima je 1:2,75. Fotografija: hornblenda (amfibol).

Slika 2.5.29-b. Gore desno. Različiti kutevi cijepanja u piroksenima (jednostruki lanci) i amfibolima (dvostruki lanci). (iz Chernicoff & Whitney, 2007).

Slika 2.5.29-c. Dolje. Silikatne strukture: ciklosilikati: izolirani prstenovi s tri, četiri ili šest SiO4 – tetraedra (u ovom slučaju šest, iz Slovenec, 2003; Fotografija kristala berila - akvamarin).

32

Slika 2.5.31. Silikatne strukture: filosilikati, veza u ravnini poput lista (iz Chernicoff & Whitney, 2007). Svaki tetraedar dijeli tri kisika oblikujući list povezanih tetraedara.

Četvrti kisik svakog tetraedra proteže se prema gore kako bi se vezao za pozitivni ion i tako za drugi list. Odnos silicija i kisika u listastim silikatima je 1:2,5. Fotografija: muskovit s ravnim plohama cijepanja svojstvenima za listaste silikate, osobito za tinjce.

Slika 2.5.32. Silikatne strukture: tektosilikati, prostorna veza tetraedara. Svaki tetraedar dijeli sva četiri kisika oblikujući trodimenzionalnu mrežnu strukturu. Zbog toga što je naboj svakog tetraedra neutraliziran, pozitivni ioni se ne vežu za strukturu. Odnos silicija prema kisiku je 1:2. Fotografija: kristali kvarca.

Olivin - (Mg,Fe)2SiO4 (magnezijsko-željezni nezosilikat) najčešće tvori zrnaste agregate (sl. 2.5.26). Maslinastozelene je boje, zelenkast ako je bogatiji magnezijem, a tamnozelen ako sadrži više željeza. Sjaj mu je staklast do mastan. T = 6,5-7, G = 3,3-3,5. Nastaje kristalizacijom iz magme i tipičan je pirogeni mineral (rođen u vatri). Sastojak je bazičnih i ultrabazičnih eruptivnih stijena (olivinski gabro, bazalt, peridotit, dunit). Pod djelovanjem hidrotermalnih otopina procesom serpentinizacije prelazi u serpentin, pri čemu željezovita komponenta olivina prelazi u željezne okside, ponajprije magnetit. Granati – R3

2+Ri23+(SiO4)3 gdje su R2+ = Mg, Fe, Ca,Mn i R3+ = Al, Fe, Cr (magnezijsko-aluminijski, kalcijsko-aluminijski itd. nezosilikati). Obično

kristaliziraju u farmama rompskog dodekaedra ili granatoedra. Boja im ovisi o kemijskom sastavu, pa su: pirop (magnezijsko-aluminijski) crveni poput vatre, almandin (željezno-aluminijski) smeđecrven, grosular (kalcijsko-aluminijski) svjetlozelen i andradit (kalcijsko-željezovit) smeđezelen. Sjaja su staklastoga, masnog ili svilenastog. T = 6,5-7,5, G = 3,51-4,25. Tipični su metamorfni minerali karakteristični za kontaktne i regionalne metamorfoze, a nalaze se i u eruptivnim stijenama. Zbog velike tvrdoće i rezistentnosti sastojci su i klastičnih sedimenata. Cirkon - ZrSiO4 (cirkonijev nezosilikat) kristalizira u prizmatskim i kratko stubičastim farmama. Proziran je do neproziran, bezbojan i različito obojen, staklastoga i dijamantnog sjaja.T = 7,5, G= 4,3-4,8. Kemijski otporan. Dio cirkonija u njegovoj kristalnoj rešetki zamijenjen je torijem, pa je slabo radioaktivan. Vrlo rašireni mineral koji se kao akcesoran nalazi u eruptivnim i metamorfnim stijenama, a zbog rezistentnosti i u klastičnim sedimentima. Disten, andaluzit i silimanit - A12SiO5 (aluminijski nezosilikati) štapićastih su formi. Tipični su metamorfni minerali. Disten nastaje pri visoku tlaku, a silimanit pri visoku tlaku i visokoj temperaturi. Coisit - Ca2A13 (OH)SiO4Si2O7 (kalcijsko-aluminijski nezo-sorosilikat) kristalizira u stupićastim formama ili je zrnasto agregiran. Sivkast do zelenkast, staklasta i sedefasta sjaja.T = 6-6,5, G = 3,25-3,36. Tipičan metamorfan mineral karakterističan za regionalnu metamorfozu. Sastojak je sosirita, kriptokristalastog produkta izmjene bazičnih plagioklasa.

33

Epidot - Ca2(Al,Fe)3(OH)SiO4Si2O7 (kalcijskoaluminijsko-željezni nezo-sorosilikat) kristalizira u štapićastim i igličastim farmama te kao zrakasti i zrnasti agregati. Zelene je boje i staklastoga sjaja. T = 6- 7, G = 3,35-3,38. Tipičan metamorfan mineral, nastaje izmjenama minerala koji sadrže kalcij, aluminij i željezo (piroksena, amfibola, plagioklasa). Turmalin - ciklosilikat složenog kemijskog sastava (sadrži: Ca, Mg, Na, Al, Fe, F, B, OH i prstene tetraedara Si6O18). Kristalizira u prizmatskim, stupićastim i igličastim formama. Boja ovisi o kemijskom sastavu, pa je bezbojan, žut, zelen, siv, crven, smed i crn, često zonarno obojen, staklastoga sjaja. T = 7- 7,5, G = 2,90-3,25. Turmalinje vrlo raširen sporedni mineral u kiselim eruptivnim stijenama zahvaćenim pneumatolitskim procesima (djelovanje plinova i para zaostalih nakon kristalizacije magme). Poznat je turmalinizirani granit koji se naziva luksulijanit. Rezistentan je, pa ga nalazimo i u sedimentnim stijenama. Sastojak je i metamorfnih stijena. Rompski pirokseni su skupina inosilikata jednostrukog lančastog niza, medu kojima je najčešći broncit (Mg,Fe)2Si2O6 (magnezijsko-željezni inosilikat) koji je kratkostupićaste forme ili zrnast. Karakteristične je brončane boje, staklasta i sedefasta sjaja. T =5-6, G = 3,3. Sastojak je ultrabazičnih eruptivnih stijena (peridotit). Monoklinski pirokseni su skupina inosilikata jednostrukoga lančastog niza medu kojima su najčešći diopsid - CaMgSi2O6 (kalcijsko-magnezijski inosilikat) i augit - Ca(Mg,Fe)(Si,Al)2O6 (kalcijsko-magnezijsko-željezni inosilikat). Kristali su im prizmatskih i stupićastih formi ili su zrnati. Odlikuju se dvosmjernom kalavosti. Diopsid je sivkast do zelenkast, augit tamnozelen, smed ili crn. Staklastog su sjaja. T diopsida = 6,7, augita 5,5-6; G diopsida = 3,27-3,38, augita 3,2-3,6. Diopsid je sastojak bazičnih i ultrabazičnih eruptivnih stijena (gabro, periodit) te kontaktno-metamorfnih i regionalno-metamorfnih stijena. Augit je sastojak bazičnih eruptivnih stijena (dijabaz, bazalt). Pod djelovanjem hidrotermalnih otopina mijenjaju se u amfibol ili agregat klorita, epidota i kalcita. Amfiboli su skupina inosilikata dvostrukoga lančastog niza, medu kojima je najvažnija hornblenda ili crna rogovača - (Ca,Na)2-3(Mg,Fe,Al)5(OH)2 A12Si6O22 (kalcijsko-natrijsko-magnezijsko-aluminijsko-željezni inosilikat s hidroksilnom grupom), a od manjeg su značenja tremolit (kalcijsko-magnezijski inosilikat s hidroksilnom grupom) i aktinolit (kalcijsko-magnezijsko-željezni inosilikat s hidroksilnom grupom). Hornblenda kristalizira u prizmatskim i stupićastim formama. Ima dvosmjernu kalavost. Boje je tamnozelene do crne, staklasta sjaja. T = 5-6, G = 3,1-3,3. Idiomorfne crne stupićaste fenokristale hornblende nalazimo u neutralnim i bazičnim vulkanskim stijenama (andezit, bazalt), dok je hipidiomorfna i ksenomorfna sastojak neutralnih i bazičnih intruzivnih stijena (diorit, gabro). Čest je sastojak kontaktno i regionalno metamorfnih stijena (amfibolit). Pod djelovanjem hidrotermalnih otopina prelazi u biotit i agregat listićavog klorita te zrnastog epidota i kalcita. Tremolit i aktinolit kristaliziraju u štapićastim i igličastim formama, a mogu biti i vlaknasti. Vlaknasti varijetiti nazvani su amfibolski azbest. Tremolit je sivkaste, a aktinolit zelene boje. Tipični su metamorfni minerali. Tinjci su skupina filosilikata. Pločastih su i listićavih formi, često heksagonalnog habitusa. Odlikuju se savršenom jednosmjernom kalavosti, cijepajući se u tanke pločice i listiće. U toj su skupini najzastupljeniji biotit - K(Mg,Fe)3(OH)2AlSi3O1O (kalijsko-magnezijsko-željezni filosilikat) i muskovit - KA12(OH)2AlSi3O10 (kalijsko-aluminijski filosilikat s hidroksilnom grupom). Biotit ili crni tinjac je neproziran, tamnosmeđ do crn, staklasta do sedefasta sjaja. T = 2, G = 3,02-3,12, kemijski je nepostojan. Sastojak je eruptivnih kiselih i neutralnih stijena (granit, diorit, andezit) te metamorfnih stijena (tinjčasti škriljavci, gnajs). Pod djelovanjem hidrotermalnih otopina prelazi u agregat klorita. Muskovit ili bijeli tinjac proziran je do poluproziran, srebrnastobijel do neznatno zelenkast, sedefastog sjaja. T = 2, G = 2,7-2,8, kemijski je postojan. Sitnoljuskava odlika muskovita naziva se sericit. Sastojak je kiselih eruptivnih i metamorfnih stijena. Zbog kemijske otpornosti čest je u klastičnim sedimentima. Minerali glina skupina su filosilikata izrazite listićave i ljuskave građe ili zemljasta izgleda. Važniji su: kaolinit - A14(OH)8Si4O10 (aluminijski filosilikat s hidroksilnom grupom), montmorilonit – Al2OH)2Si4O10·H2O (aluminijski filosilikat s hidroksilnom grupom i vodom, spada u veću grupu minerala glina, koju zajednički nazivamo smektitima: od grč. riječi smektos - sapun) koji može sadržavati i druge katione (Ca,Mg,Fe,Na), haloizit - A14(OH)8Si4O10· 4H20 (aluminijski filosilikat s hidroksilnom grupom i vodom) te ilit – KAl2OH)2AlSi3O10 (kalijsko-aluminijski filosilikats hidroksilnom grupom). Kao manje važni minerali glina spominju se još vermikuliti i paligorskiti. Bentonit je smjesa montmorilonita. Vermikuliti se rabe kao izolacijski materijal i kao plaster, a u prahu i kao materijal za podmazivanje (lubrikant).

34

Slovenec (2003) spominje da smektiti imaju široku primjenu: (1) u naftnoj industriji za odstranjivanje organskih tekućih i plinovitih nečistoća, ali i kao komponenta mulja za isplakivanje bušotina; (2) za pročišćavanje otpadnih voda; (3) u tekstilnoj industriji; (4) u industriji kozmetičkih proizvoda kao dodatak sapunu, puderu, ruževima, zubnoj pasti, itd.; (5) u proizvodnji lijekova kao vezivni materijal u tabletama, ali i kao adsorbent štetnih tvari; (6) kao sirovina u keramičkoj industriji (zajedno s ostalim mineralima glina); (7) kao vezivni materijal u kvarcnim pijescima za talioničke kalupe; (8) kao materijal za izradu nepropusnih barijera u odlagalištima otpada; (9) kao izolacijski materijal pri transportu i skladištenju radioaktivnog otpada; itd. Međutim, s geotehničkog stajališta, smektiti imaju vrlo nepovoljna svojstva. Osim što kao i ostali minerali glina dovode do klizanja terena, oni u dodiru s vodom bubre, povećavaju volumen, što može prouzročiti pucanje i rušenje građevinskih objekata. Stoga su prije izvođenja građevinskih objekata nužna i mineraloška ispitivanja terena. Zbog bubrenja u dodiru s vodom, smektiti su štetna komponenta u svim materijalima (pijesku, šljunku, vapnu, punilima za asfaltne mješavine itd.) koji se upotrebljavaju u građevinarstvu.

Chernicoff & Whitney (2007) spomiju prednosti i nedostatke bubrećih minerala, pa tako spominju da glineni minerali imaju široku primjenu u svakodnevnom životu. Također nas koštaju više od 3 milijarde $ svake godine zbog uništavanja cesta, zgrada i drugih struktura. S obzirom da se stvaraju gotovo isključivo na površini Zemlje kemijskim raspadom feldspatnih minerala i određenih vrsta vulkanskih stakala, glineni minerali se mogu pronaći posvuda na površini. Prekrivaju dno mora, tvore mnoga naša tla, glavni su sastojak mnogih sedimentnih stijena te se javljaju u brojnim svakodnevnim ljudskim proizvodima. Kristalna struktura glinenih minerala relativno je jednostavna – uglavnom su sastavljeni od milijuna mikroskopskih, negativno nabijenih listova koje tvore tetraedri od silicijeva oksida i aluminijeva oksida između kojih se nalaze raspršeni pozitivni ioni kao što su natrij i kalcij koji ih povezuju.

Dalje Chernicoff & Whitney (2007) kažu da jedna vrsta glinenih minerala nastaje kemijskim djelovanjem vode na vulkanski pepeo. Taj mineral pod imenom smektit odudara od drugih minerala – odnosno, u usporedbi s drugim mineralima, bubri – jer zbog svoje kristalne strukture može apsorbirati velike količine vode. Do toga dolazi zbog činjenice da negativni naboji na površini tetraedarskih listova privlače pozitivne polove molekula vode (H2-pol). Rezultat? Smektit može nabubriti do volumena koji je osam puta veći od njegovog suhog volumena.Kako onda mogućnost bubrenja (i skupljanja kad dođe do gubitka vode) određuje mogućnosti i način uporabe smektitne gline? Zahvaljujući svojoj sposobnosti da apsorbira tekućine smektit je osnovni sastojak pjeska za mačke kao i glavno sredstvo za čišćenje u industriji. Obično se koristi i za brtvljenje pukotina u stijenama ili u betonu. Suhi smektit se miješa s vodom te se utiskuje u pukotine i šupljine- gdje postepeno bubri i tako je zatvara. Smektit se također često koristi kao lubrikant, osobito u naftnoj industriji. Ogromne količine bentonita, glinene mješavine koja uglavnom sadrži smektit i male tragove rezidualnog feltspata i kvaraca iskopane su na području Black Hillsa na sjeveroistočnom dijelu Wyominga i jugozapadnom dijelu Južne Dakote. Te gline svjedoče o davnim vulkanskim erupcijama u zapadnoj Montani zbog kojih je ta regija bila prekrivena vulkanskim pepelom prije cca 70 i 20 milijuna godina. Kad se suhi bentonit pomiješa s vodom postaje izrazito sluzav, pa silikatni listovii natopljeni vodom lako kližu jedni po drugima. U prošlosti su pioniri koji su putovali prema zapadu koristili bentonit iz Wyominga kako bi podmazivali škripeće kotače na svojim kolima. U bliskijoj prošlosti bušači nafte su svoja svrdla podmazivali bentonitnim blatom. Začudo, bubreći smektit se koristi i u hrani – uglavnom za domaće životinje, ali povremeno i za ljude. Farmeri u stočnu hranu dodaju tu bubreću glinu jer je jeftina i služi kao punilo. Također se koristi kao punilo za ljudsku hranu. Svi oni gusti, kremasti shake-ovi popularnih restorana brze hrane (koji se zovu milkshake iako ne sadrže mlijeko) svoju teksturu zahvaljuju smektitu. Veoma negativne strane su, recimo, da na građevinama koje su izgrađene direktno na bubrećim tlima može doći do oštećenja ili uništavanja zbog pritiska i guranja uslijed ekspanzije smektita. Kad smektit bubri mogu se razviti sile od 50000 kg/m2 naviše što je dovoljno da razori zgradu. Iako nisu tako zastrašujući kao tornado, uragan ili zemljotres, gibanja tla uslijed njegova bubrenja ubrajaju se u prirodne pojave s najskupljim posljedicama. Svake godine oko 250000 novih kuća izgrađuje se na bubrećim tlima. Kod 60 posto doći će do manjih oštećenja (poput pukotina na zidu, v. slike 2.5.33 i 2.5.34), a 10 posto će se čak srušiti. Takva tla bi geolozi trebali označiti, a graditelji izbjegavati. Ispodpovršinske drenažne strukture i dobri odvodni kanali pomažu u smanjivanju opasnosti koja prijeti građevinama koje se nalaze na bubrećim tlima jer se tako ograničava pritjecanje vode ispod zgrade. Kod izgradnje tunela montmorilonit je veoma opasan i štetan materijal. Zbog povećanja volumena apsorpcijom vode (poznat je slučaj da je tlačni hidrotehnički tunel loše kvalitete betona (porozan – vodopropustan) obloge, naknadno propuštao vodu pod pritiskom u okolnu stijenu koja je sadržala montmorilonit - a u njoj ranije vode nije bilo. ulaskom vode stijena počela bubriti te je razorila oblogu tunela koji se urušio), može doći do savijanja čeličnih lukova (remenata), smanjenja tunelskog presjeka i rušenja većiih razmjera.

35

Slika 2.5.33. Kad smektit bubri mogu se razviti sile od 50000 kg/m2 naviše što je dovoljno da razori zgradu (iz Chernicoff & Whitney, 2007). Pukotine na zgradi na slici

izazvane su bujajućim glinama. Na slici je objašnjen i sam mehanizam apsorpcije vode u strukturu bujajućih minerala glina.

Slika 2.5.34. Bryant (2006) shematski prezentira razloge pojava pukotina na građevinama izgrađenima na ekspanzivnim tlima – izloženima naizmjeničnom provlaživanju i prosušivanju, koja uglavnom sadrže bujajuće minerale glina.

Slika 2.5.34. Bentonit i haloizit odlikuju se, osim svojstvom jake adsorpcije, i tiksotropijom (iz Crnković & Šarić, 2003). Suspenzija minerala glina u vodi mehanički pobuđivana je tekuća, au stanju mirovanja prelazi u gel-formu. Upravo svojstvo tiksotropije koristi se kod bušenja dubokih naftnih bušotina za ispiranje i održavanje stijenke bušotine, nakon što prestaje rotcija (mehanička pobuda) pribora.

Minerali glina tipični su sekundarni minerali nastali kemijskim trošenjem alumosilikata (feldspata). Bez primjesa su bjeličaste i sivkaste boje i zemljasta izgleda. Od primjesa su redovito različito obojeni. Obično svijetloplavosivi, svijetlozelenkastoplavosivi i crvenkastoplavosivi tonovi boja u glina (osobito ako su bez većeg udjela čestica krupnoće praha i sitnoga pijeska) upozoravaju na potrebu povećanog opreza. Takve su gline većim dijelom ekspanzivne zbog upijanja vode (apsorpcija vode → povećanje volumena → gubitak čvrstoće), a posmična čvrstoća im je i inače među najniže poznatima. Minerali glina niskih su tvrdoća, približno 1, a gustoće im variraju od 1,9 do 2,6. Svojstveno im je da pomiješani s vodom postaju plastični, pa ih je u plastičnom stanju moguće modelirati. Modelirani oblik ostaje sačuvan nakon sušenja i pečenja. Sastojci su klastičnih sedimenata dimenzija pelita. Bentonit i haloizit odlikuju se, osim svojstvom jake adsorpcije, i tiksotropijom (sl. 2.5.35). Suspenzija minerala glina u vodi mehanički pobuđivana je tekuća, a u stanju mirovanja prelazi u gel-formu. Serpentin ili zmijavac – Mg6(OH)8Si4O10 (magnezijski filosilikat s hidroksilnom grupom) u prirodi se nalazi listićav (antigorit) i vlaknast (hrizotil). Vlaknasti serpentin - hrizotil, naziva se serpentinski azbest. Različito je obojen, šaren poput zmije, ali prevladavaju različite nijanse zelene boje. Sjaj mu je mastan do svilenast. T = 2,5-4, G = 2,5-2,8. Tipičan je metamorfni mineral nastao izmjenom olivina, piroksena i amfibola.

36

Talk ili milovka - Mg3(OH)2Si4O10 (magnezijski filosilikat s hidroksilnom grupom) tvori listićave i ljuskaste agregate. Boje je bjeličaste, sivkaste, zelenkaste i smeđaste, masna i sedefastog sjaja. Mekan je, po čemu je dobio ime (meka, blaga opipa). T = 1, G= 2,7-2,8. Tipičan je metamorfni mineral nastao izmjenom magnezijskih silikata (olivin). Kloriti su hidratizirani magnezijsko-aluminijsko-željezni filosilikati. Tvore listićave i radijalno zrakaste agregate. Zelene su boje, staklasta do sedefasta sjaja. T=2-2,5, G=2,5-2,6. Tipični su metamorfni minerali nastali izmjenama feromagnezijskih silikata (piroksena, amfibola, biotita), kao i pri devitrifikaciji vulkanskog stakla. Feldspati ili glinenci skupina su tektosilikata. Dijele se na alkalijske feldspate i plagioklase. Alkalijskim feldspatima pripadaju: ortoklas - KAlSi3O8 (kalijski tektosilikat – alumosilikat; kristalizira monoklinski) i mikroklin - KAlSi3O8 (kristalizira triklinski). Sanidin je visokotemperaturna odlika ortoklasa. Ortoklas kristalizira u pločastim i stupićastim formama, česti su sraslaci po karlovarskom zakonu. Bezbojan je ili svijetlih nijansa crvenkaste i smeđaste boje, staklastoga sjaja. Odlikuje se dvosmjernom kalavosti. T = 6, G =2,54-2,57. Ortoklas nastaje kristalizacijom iz magme i lave, pa je sastojak kiselih i neutralnih eruptivnih stijena (granit, sijenit, trahit). Pod djelovanjem hidrotermalnih otopina prelazi u agregat sericita, a kemijskim trošenjem u minerale glina. Svježi se ortoklas po staklastom sjaju razlikuje od izmijenjenoga, kad pri sericitizaciji poprima sedefast sjaj, a pri kemijskom trošenju postaje zemljasta izgleda. Mikroklin često kristalizira u krupnim kristalima (porfiroblastima), a odlikuje se sraštanjem s vrlo tankim sraslačkim lamelama koje su međusobno približno okomite, čime poprima rešetkastu građu koja je jasno uočljiva u mikroskopskim preparatima. Bjeličast je i različito obojen, staklasta sjaja. Zeleni varijetet mikroklina zove se amazonit. Sastojak je kiselih i neutralnih intruzivnih stijena (granit, sijenit) i regionalno-metamorfnih stijena u kojima je čest kao porfiroblast u okcastom gnajsu. Plagioklasi su skupina natrijsko-kalcijskih alumosilikata. U prostornom se vezu između SiO4-tetraedara i AIO4-tetraedara međusobno zamjenjuju kationi natrija i kalcija, pa postoji niz od albita (ab) - NaAlSi3O8 do anortita (an) - CaA12Si2O8. U tom se nizu nalaze: albit (ab100 – ab90), oligoklas, andezin, labrador, bitovnit i anortit (ab90 – ab0). Natrijsko-kalcijski plagioklasi su kiseli, a kalcijsko-natrijski bazični. Kristali plagioklasa su pločastih do štapićastih formi ili letvasti. Obično kristaliziraju kao polisintatski sraslaci i zonarne su građe s bazičnijom jezgrom od rubnog dijela. Boje su bjeličaste do sivkaste. T = 6-6,5, G = 2,62-2,76. Sastojci su eruptivnih (granodiorit, diorit, gabro, dacit, andezit, bazalt) i metamorfnih stijena. Kisele plagioklase nalazimo i u klastičnim sedimentima. Bazični plagioklasi hidrotermalnom izmjenom prelaze u sosirit (agregat coisita, epidota, albita, kvarca). Feldspatoidi ili zamjenici glinenaca skupina su tekstosilikata koja se odlikuje manjim sadržajem silicija od feldspata. U toj su skupini leucit - KA1Si2O6 (kalijev alumosilikat) i nefelin - NaAlSiO4 (natrijev alumosilikat). Leucit obično kristalizira u farmama deltoidskog ikozitetraedra koja se zbog toga zove leucitoeder. Leucit je bjeličaste boje, staklasta sjaja. T = 5,5-6, G = 2,45-2,50. Tipičan je pirogeni mineral i kao takav sastojak bazičnih eruptivnih stijena (leucitski bazalt). Nefelin kristalizira u pločastim kristalima heksagonskog habitusa ili tvori zrnaste agregate. Bjeličast je i staklasta do masnoga sjaja. T = 5-6, G = 2,6. Tipičan je pirogeni mineral, sastojak bazičnih eruptivnih stijena (alkalijski baz;alt, fonolit). Eruptivne stijene koje sadrže leucit i nefelin ne mogu sadržavati kvarc jer bi s viškom SiO2 u magmi ili lavi umjesto feldpatoida kristalizirali feldspati. Zeoliti su posebna skupina tektosilikata koja obuhvaća brojne minerale različitoga kemijskog sastava, ali nekih sličnih svojstava. Prema habitusu, zeoliti se dijele na: kockaste, vlaknaste i listićaste. Imaju svojstvo adsorpcije i izmjene kationa. Pretežno su bjeličasti, staklasta, sedefasta i svilenasta sjaja. T = 31/2-51/2, G = 2,08-2,50. Kristaliziraju iz kasnomagmatskih hidrotermalnih otopina u pornom prostoru i šupljinama vulkanskih stijena, kao i izlučivanjem iz vodenih otopina. Obično su bezbojni, ali primjesama mogu biti i obojeni. Nastaju hidrotermalno do hidatogeno, te metamorfozom feldspata i fcldspatoida. To su alumosilikati kalcija i natrija s adsorpcijskom ili zeolitnom vodom koja je slabo vezana u kanalima kristalne rešetke. Zagrijavanjem lako gube tu vodu, ali je lako i primaju natrag, uz unos drugih tvari. Rabe se za:

• pročišćavanjc radioaktivnih otpadaka ( jer su vrlo rezistentni prema nuklearnoj degradaciji), • pročišćavanje otpadnih i kanalizacijskih voda, jer ekstrahiraju amonijak, • čišćenje dimnih plinova, jer adsorbiraju do 300 mg SO2 na 1 gram zeolita, • odstranjivanje ulja s vodene površine (peletizirana mješavina aktiviranih zeolita, ekspandiranih perlita i drugih kemikalija volumne mase 0.5 g/cm3

ima kapacitct sorpcije ulja od 0.97 grama po gramu, pri čemu ovaj agregat ima sposobnost održavanja na vodi i upijanja s površine više od 200 sati).

37

Na kraju, vezano uz prednja izlaganja, radi preglednosti se daju osnovne strukture silikata, s najvažnijim predstavnicima grupa i osnovnim fizičkim svojstvima (prema: Chernikoff & Whitney, 2007).

2.6. Osnovni pojmovi u petrografiji s podjelom i klasifikacijama stijena

Sve stijene litosfere, ovisno o načinu postanka, razvrstavaju se u tri glavne skupine. To su: eruptivne stijene, nastale kristalizacijom magme ili očvršćivanjem lave, sedimentne ili taložne stijene, nastale u vodi ili na kopnu kao rezultat taloženja materijala koji potječe od razaranja površinskih dijelova litosfere, mehaničkom ili kemijskom aktivnošću egzodinamskih faktora i organogeno, i metamorfne stijene, nastale metamorfozom eruptivnih, sedimentnih i već postojećih metamorfnih stijena. Eruptivne su stijene redovito silikatnog sastava, sedimentne pretežito karbonatnog, a metamorfne su ili silikatne, ili karbonatne.

Prema rezultatima istraživanja američkih geokemičara Clarkea i Washingtona, litosfera je do 16 km dubine izgrađena od 95% eruptivnih stijena, 4% šejla, 0.75% pješčenjaka i 0.25% vapnenaca (šejli su tankoslojeviti mehanički sedimenti finozrnaste strukture). Metamorfne stijene su u ovoj podjeli svrstane u eruptivne ili sedimentne, ovisno o stijenama od kojih su nastale.

Stijene u prirodi mogu biti monomineralne, agregat samo jedne mineralne vrste i polimineralne, agregat više minerala. Polimineralne stijene su češće. Ovisno o količinskom udjelu i važnosti minerala koji izgrađuju stijene, minerale dijelimo na:

• bitne (prevladavaju i o njima ovise svojstva stijene kao cjeline), • sporedne (nalaze se u manjim količinama), • akcesorne (nalaze se rijetko i u zanemarivim količinama).

38

Kod stijena razlikujemo njihovu strukturu i teksturu. Struktura stijena definirana je stupnjem kristaliniteta te veličinom, oblikom i međusobnim odnosom minerala, a ovisi o načinu postanka stijene. Tekstura označuje način na koji su minerali zauzeli prostor u stijeni, a ovisi o utjecaju vanjskih faktora, bilo prilikom nastanka stijene ili nakon toga.

Ovisno o krupnoći minerala koji ih izgrađuju, stijene se mogu podijelitina: • fenokristalne (ako se minerali mogu razlikovati okom ili povećanjem do 10 puta), • mikrokristalne (ako se minerali mogu razlikovati samomikroskopom, u specijalno pripremljenim izbruscima), • kriptokristalne (ako se minerali ne mogu razlikovati nimikroskopom povećanja do 1000 puta).

2.6.1. Eruptivne stijene

Eruptivne stijene nazivaju se primarnim stijenama. Po mjestu njihova postanka, možemo ih podijeliti na: • dubinske, plutonske ili intruzivne stijene koje kristaliziraju iz magme na dubinama >10 km • hipoabisalne stijene ili žične koje kristaliziraju na dubinama <10 km do površine • površinske, izljevne ili efuzivne, nastale brzom kristalizacijom i očvršćivanjem lave na površini (ili pri površinskim dijelovima) litosfere.

Po načinu postanka, minerali se u eruptivniin stijenama dijele na: • primarne, nastale kristalizacijom iz magme, i • sekundarne, nastale alteracijom ili izmjenom primarnih pod djelovanjem hidrotermalnih procesa i kemijskog trošenja.

Ovisno o boji, minerali eruptivnih stijena dijele se na: • salske ili bezbojne, s većim udjelom silicija i aluminija (kvarc, feldspati) i • femske ili obojene, s većim udjelom željeza i magnezija (olivini, pirokseni, amfiboli, biotit).

2.6.1.1. Način pojavljivanja eruptivnih stijena

Eruptivne stijene mogu nastati u dubokim dijelovima litosfere ili pri površinskom i na površinskom dijelu. Oblici iz dubokih dijelova litosfere upoznati su zahvaljujući eroziji, denudaciji ili tektonskim silama koje su ih izdigle na površinu, gdje su bili dostupni proučavanju. S obzirom na mjesto nastanka razlikujemo dubinske, žične i površinske oblike pojavljivanja eruptivnih stijena (slike 2.6.1 i 2.6.2). Dubinske, intruzivne ili plutonske stijene nalaze se u obliku batolita, greda, lakolita, masiva i fakolita. Žične ili hipabisalne stijene imaju oblik žile, sklada i dimnjaka. Batolit je veliko intruzivno tijelo nepravilnog oblika koje vidljivim dijelom zauzima površinu veću od 100 km2. Dopire u veliku dubinu. Greda je tijelo slično batolitu, ali izduženo, površine manje od 100 km2. Lakolit je gljivasta ili zvonolika forma intruziva, nastala prodorom magme u slojevite stijene, pri čemu izdiže krovinski dio. Masiv je izbočena okruglasta, eliptična ili nepravilna forma. Fakolit je lećasta forma intrudirana u tjemenu antiklinale ili dnu sinklinale. Žila je tanak pločasti oblik pretežito ustrmljenog položaja nastao utiskivanjem magme u pukotinu. Sklad ili sil je pretežito pločast oblik sukladan slojevima, debljine od nekoliko centimetara do više stotina metara. Dimnjak je cjevasto tijelo, većinom ostatak vulkanskog kanala.

Površinske, izljevne ili efuzivne stijene nalaze se kao ploče, odnosno kao vulkanski stošci. Ploča je nastala relativno mirnim izljevom lave kroz veće pukotine ili kroz krater. Ako se to odvijalo u velikim količinama i povremeno, tada su mogli nastati sustavi ploča velike debljine. Vulkanski stošci su stožaste izbočine u litosferi različite veličine, a uglavnom su izgrađeni od slojeva lave i vulkanoklastičnog materijala.

39

Slika 2.6.1. Oblici pojavljivanja eruptivnih stijena. Lijevo gore je vezikularni bazalt (efuziv), nastao brzim hlađenjem lave u kojoj se nalaze mjehurići plinova i para, a desno gore su oblici dubinskih eruptivnih tijela – prije i nakon erozije površine (iz Chernicoff & Whitney, 2007). U donjem dijelu lijevo su prikazani oblici i strukture bazičnih eruptivnih stijena s obzirom na oblike pojavljivanja u različitim dubinama litosfere, a dolje desno su oblici i uobičajeno nazivlje poznatijih oblika pojavljivanja eruptivnih stijena (preuzeto iz Šestanović, 2001).

40

Slika 2.6.2. Oblici i mjesta pojavljivanja dubinskih (plutonskih, intruzivnih) i efuzivnih (površinskih, izljevnih) stijena (iz Chernicoff & Whitney, 2007). Opisane su i vrste magme (u dubini) ili lave (na površini) iz kojih nastaju. Za površinske stijene dana su i mjesta postanka s obzirom na granice tektonskih ploča.

41

2.6.1.2. Geneza eruptivnih stijena Ishodište postanka eruptivnih stijena je magma, prirodna taljevina Zemljine unutrašnjosti koja iz srednjeg dijela plašta prodire u litosferu, gdje može kristalizirati u dubini ili na površini. Ako magma izbije na površinu litosfere, nazivamo je lavom. U 99.25% količine, magma je sastavljena od O, Si, Al,Fe, Ca, Na, K, Mg i Ti. Uz to sadrži još i neke lakoisparljive komponente koje se zajedničkim imenom nazivaju plinovima i parama. Magma je viskozna taljevina, a to njezino svojstvo ovisi o kemijskom sastavu i temperaturi. Važno je naglasiti da su, pri jednakoj temperaturi, kisele magme viskozne, a bazične fluidne.

Slika 2.6.3. Viskoznost lave koja izlazi iz vulkana kontrolira način erupcije (tihi ili eksplozivni) i oblik vulkana (Chernicoff & Whitney, 2007). (a) u dolini Valley of the Ten Thousands Smokes u Aljasci vrlo viskozna kisela lava koja prividno ne teče stvara ovu kupolu. (b) Niskoviskozna bazična lava na Havajima teče brzo u obliku užarene struje.

Npr., bazaltska lava vulkana Maunaloa na Havajima teče brzinom od oko 16 km/h, a kisela lava vulkana Mont Pelee na Martiniku uz sniženu temperaturu uopće ne teče, već se poput tijesta izdiže iznad vulkanskog grotla (v. primjere na sl. 2.6.3). S viskoznošću je povezana i sposobnost kristalizacije magme. Kisele, viskozne magme imaju manju sposobnost kristalizacije od bazične, fluidne magme. Veoma kisele magme pri nižoj temperaturi uopće nisu sposobne za kristalizaciju, već očvrsnu u amorfne vrste stijena (obsidijan, perlit, smolinac, plovučac). Temperatura lave iznosi oko 1000oC, što očito znači da je u dubljim dijelovima mnogo viša.

U sistematici eruptivnih stijena ima više od 1500 imena, ali se smatra da su sve nastale iz malog broja izvornih magmi. Ovdje će biti navedeno mišljenje znanstvenika Bowena (1956), koji polazi od pretpostavke da postoji samo jedna izvorna magma bazičnog sastava iz koje kristalizacijskom diferencijacijom nastaju sve vrste eruptivnih stijena. Padom temperature nastaje kristalizacija pojedinih minerala kojeje Bowen svrstao u dvije skupine. Jednu čine fero-magnezijski minerali, a drugu feldspati. Njihova kristalizacija teče manje-više paralelno, što je prikazano slikom 2.6.4., a opisano kako slijedi.

• Tališta nekih elemenata i minerala pri normalnom tlaku prikazana su u tablici uz sliku 2.6.4. Dakle, pri visokoj temperaturi iz magme bazičnog sastava najprije kristaliziraju olivin i Mg-pirokseni, pa nastaju ultrabazične stijene - peridotiti. Padom temperature kristalizacija se nastavlja: kristaliziraju Ca-pirokseni i Ca-plagioklasi, s olivinom ili bez njega te nastaju bazične stijene sastava gabro. Daljnjim padom temperature iz magme kristaliziraju Ca-Na-plagioklasi, Na-Ca-plagioklasi i amfiboli, koji tvore stijene neutralne skupine - diorite. Napokon, daljnim snižavanjem temperature nastaju kisele eruptivne stijene granitskog sastava, jer su kristalizirali Na-plagioklasi, biotit, K-feldspat, muskovit i kvarc. Prema Bowenu tako su nastale sve eruptivne stijene - sa svim svojim mogućim prijelaznim oblicima, pa se taj stadij kristalizacije magme naziva magmatskim stadijem. Način suvremenog kreiranja magme i područje taljenja stijena prikazani su na slikama 2.6.3.a i 2.6.3.b.

42

• Nakon kristalizacije u magmatskom stadiju ostatak je kiseo, ali je zbog velike količine plinova i para, odnosno volatila, fluidan, pa lako prodire kroz pukotine litosfere gdje kristaliziraju stijene granitnog sastava krupno razvijenih kristala. Taj se stadij naziva pegmatitskim stadijem, kad nastaju pegmatiti i apliti.

Slika 2.6.3.a. Kreiranje magme (iz Chernicoff & Whitney, 2007). Toplina – oblik energije – uzrokuje vibracije atoma krute tvari dok neke od kemijskih veza ne oslabe i popucaju uzrokujući taljenje. Ovdje se subducirajuća oceanska ploča koja kreće iz područja relativne hladnoće (A), tada se počinje spuštati u topliju Zemljinu unutrašnjost. Minerali se počinju zagrijavati prelazeći iz čvrstog kristalnog stanja (u točki A) u tekuću magmu (u točki C). Slika 2.6.3.b. Graf koji prikazuje geotermalni gradijent – stopa pri kojoj temperatura u unutrašnjosti Zemlje raste s dubinom unutar kontinentalne litosfere i astenosfere ispod nje. Temperature između 50 i 250 km u dubini prelaze talište od 700°C za kisele stijene te 1300 °C za ultrambazične stijene. Dakle, stijene teže taljenju pri temperaturama u najdubljem dijelu kore i gornjim dijelovima astenosfere (iz Chernicoff & Whitney, 2007). • Iz ishodišne magme preostala je još samo vodena para i različiti plinovi visoke temperature s brojnim metalnim ionima koji kroz pukotine migriraju prema površini, hlade se i kristaliziraju, tvoreći tako ležišta ekonomski veoma vrijednih minerala, a uz to metamorfoziraju stijene koje prožimaju. Taj stadij kristalizacije naziva se pneumatolitskim stadijem. • Daljim padom temperature kondenziraju se preostale pare blizu površine, iz kojih nastaju mnogi ekonomski vrijedni minerali. Ovaj posljednji stadij kristalizacije magme naziva se hidrotermalnim stadijem. Treba naglasiti da je pneumatolitski stadij teško odvojiti od hidrotermalnog te da na taj način nastaju bogata rudna ležišta prvenstveno sulfidnih minerala kositra, bakra, olova, cinka,arsena, žive i sl.

43

Slika 2.6.4. BOWENOV slijed kristalizacije ( iz Tajder& Herak, 1966).

Ako plinovi i pare izbiju na površinu litosfere, onda su to već pojave izvora vodene pare, ugljične kiseline ili sumpornih spojeva, poznate pod nazivima fumarole, mofete i solfatare, a redovito su rezultat završne vulkanske aktivnosti konkretnog područja. 2.6.1.3. Klasifikacija eruptivnih stijena

Eruptivne stijene litosfere mogu se razvrstati na više načina, ovisno o kriteriju koji se pri tom definira. Poznatije (i priznate) klasifikacije uključuju: • mjesto postanka (razinu kristalizacije) • kiselost, odnosno sadržaj silicijske komponente • mineraini i kemijski sastav.

Prema mjestu postanka, eruptivne stijene dijelimo na dubinske, intruzivne ili plutonske, zatim na žične ili hipabisalne i na površinske, efuzivne ili izljevne. Prema udjelu SiO2 (oksida u kemijskom sastavu – a ne SiO2 kao mineral kvarc), eruptivne stijene dijele se na kisele, neutralne, bazične i ultrabazične (v. sliku 2.6.5 i 2.6.6.a), kako slijedi:

• Kisele stijene sadrže više od 65% SiO2, a tolika sadržina rezultat je veće količine minerala kvarca i minerala s većim sadržajem silicija u njima. • Neutralne stijene sadrže od 55% do 65% SiO2, što je pretežito rezultat veće količine feldspata i mjestimične pojave kvarca. • Bazične stijene sadrže od 45% do 55%i SiO, što je čine plagioklasi i drugi silikatni minerali. • Ultrabazične stijene sadrže manje od 45% Si02, koju dobivaju od olivina i drugih silikatnih minerala.

44

Slika 2.6.5. Klasifikacija eruptivnih stijena po udjelu SiO2 (oksida u kemijskom sastavu – a ne SiO2 kao mineral kvarc: iz Chernicoff & Whitney, 2007). Kad se minerali rane faze uklone iz magme, zaostala magma je osiromašena za njihove elemente. Posljedično, magma sadrži veći udio elemenata koji kristaliziraju u kasnijoj fazi. Dakle, magmatske stijene koje kristaliziraju kasnije iz tako nastale magme imaju različit sastav (sve više kiseo) od onih koje kristaliziraju ranije (više bazičan). Magma može imati bilo koji sastav; postat će više kiseo kako napreduje diferencijacija.

< 45%

45

Osim na navedenim značajkama, detaljnija i kompletnija razredba eruptivnih stijena temelji se još i na bitnim sastojcima stijene te njezinoj strukturi, teksturi i veličini zrna. Pritom se sporedni i akcesorni minerali uzimaju u obzir samo ako imaju ekonomsku važnost, odnosno ako utječu na fizičko-mehanička svojstva stijene kao cjeline te na njihovu trajnost. Mineraini sastojci eruptivnih stijena podijeljeni su na:

• glavne ili bitne, prema kojima se stijena klasificira (kvarc, K-feldspat, biotit - bitni i glavni sastojci granita; plagioklasi i pirokseni - bitni i glavni sastojci gabra)

• bitne, prema kojima stijena dobiva poseban naziv (turmalin u granitu - turmalinski granit; olivin u gabru - olivinski gabro), • sporedne ili akcesome, u stijenama se nalaze u malim količinama, obično manje od 1 % (cirkon i apatit u granitu; magnetit u gabru) • sekundarne, nastale nakon postanka stijena alteracijom ili izmjenom i kemijskim trošenjem (sericit izmjenom feldspata, klorit izmjenom amfibola i

biotita, serpentin izmjenom olivina, minerali glina trošenjem feldspata, limonitna tvar trošenjem olivina, piroksena, amfibola, biotita).

Slika 2.6.6. Shematski prikaz glavnih struktura eruptivnih stijena (iz Crnković & Šarić, 2003). (a) granularna ili zrnasta struktura dubinske ili intruzivne eruptivne stijene (crno-idiomorfno kristalizirani listićavi biotit, sjenčano-idiomorfno do hipidiomorfno kristalizirani K-feldspat, bez sjenčanja - ksenomorfna zrna kvarca; (b) porfima struktura površinske, efuzivne ili vulkanske stijene (sjenčano-idiomorfno do hipidiomorfno kristalizirani fenokristali ili utrusci K-feldspata, bez sjenčanja - idiomorfno do hipidiomorfno kristalizirani fenokristali kvarca, sivo sa crtkanim linijama - osnovna staklasta do mikrokristalasta masa s naznakom tečenja lave. Slika 2.6.6.a. Pregled mineralnog sastava eruptivnih stijena. Vulkanske stijene (misli se na efuzive) su u okruglim zagradama (iz Wenk & Bulakh, 2006).

Temeljne strukturne razlike eruptivnih stijena (eng. volcanic) između intruziva i efuziva ( koje se u engleskom nazivlju spominju i kao vulkanske – eng. igneous rock) prikazane su slikom 2.6.6. Jednostavne podjele eruptivnih stijena prema mineralnom sastavu i genetskoj pripadnosti (intruzivi, efuzivi) prikazane su slikama 2.6.7. i 2.6.8.

46

Slika 2.6.7. Grafički prikaz podjele eruptivnih stijena na temelju mineralnog sastava. Klasifikacija magmatskih stijena od kiselih do ultrabazičnih iz Chernicoff & Whitney, 2007). Obojena područja ukazuju na mineralni sastav stijena. Isječak pokazuje kako se očitava dijagram. koristeći primjer stijene građene od granita. Na svim fotografijama su prikazane plutonske stijene krupnozrnate strukture.

Slika 2.6.8. Pojednostavljena podjela eruptivnih stijena na temelju mineralnog sastava (iz Crnković & Šarić, 2003).

Eruptivne se stijene i petrografski nazivi prema prijedlozima Europskog komiteta za normizaciju klasificiraju i nazivaju na temelju postotnog udjela određenih minerala. Mineralni se sastav sa zastupljenošću pojedinih minerala određuje mikroskopskom analizom ili izračunom iz kemijske analize (modalni i normativni sastav). Podjela intruzivnih stijena prema prijedlogu europskih normi prikazana je slikom 2.6.9., a efuzivnih slikom 2.6.10. Na oba dijagrama u šest vrhova nalaze se bitni petrogeni minerali ili mineraine skupine: kvarc, alkalijski fedspati, plagioklasi i feldspatoidi. Odozgo naniže su polja:

• gornje, kisele eruptivne stijene (granit-riolit, granodiorit-dacit) • srednje, neutralne eruptivne stijene (sijenit-trahit, monconit-latit, diorit/gabro-andezit/bazalt) • donje, bazične eruptivne stijene (feldspatoidni sijenit i feldspatoidni monconit-fonolit, feldspatioidni diorit/gabro-bazanit/tefrit) • u najdonjem polju nalaze se rijetke eruptivne stijene.

Posebno su klasificirane ultrabazične eruptivne stijene u odnosu na olivin, piroksen i hornblendu (2.6.11.).

47

Slika 2.6.9. Klasifikacija eruptivnih dubinskih ili intruzivnih stijena prema bitnim mineralima i mineralnim skupinama. Uz glavne i najčešće tipove označene na dijagramu

mogu se još izdvojiti tipovi ispod slike lijevo (prEN 12407: iz Crnković & Šarić, 2003). Slika 2.6.10. Klasifikacija eruptivnih površinskih ili efuzivnih stijena prema bitnim mineralima i mineralnim skupinama. Uz glavne i najčešće tipove stijena označene na

dijagramu mogu se još izdvojiti tipovi ispod slike u sredini (prEN 12407:1996: iz Crnković & Šarić, 2003). Slika 2.6.11. Klasifikacija eruptivnih ultrabazičnih intruzivnih stijena prema bitnim mineralima i mineralnim skupinama (pr EN 12407:1996: iz Crnković & Šarić, 2003).

48

2.6.1.4. Pregled važnijih eruptivnih stijena

Granit je široko rasprostranjena i tehnički važna intruzivna eruptivna stijena izrazite zrnaste strukture. Granit se sastoji od kvarca (20-40%), K-feldspata, ortoklasa ili mikroklina (50-80%) te biotita i rjeđe muskovita (3-10%). Akcesorni sastojci u granitu (do 3%) su apatit, cirkon, tum1alin magnetit, rutil i drugi. Boja granita varira u različitim nijansama bjeličaste do sive, ovisno o količini obojenih minerala, ponajprije biotita te do crvenkastih nijansi od felspata koji su pigmentirani hematitom ili zelenkastih obojenih kloritom i/ili epidotom. Od svjetski poznatih varijeteta granita spomenimo: ASSUAN RED (asuanski crveni) iz Egipta, s krupnim crvenim kristalima K-feldspata, sitnijim zelenkastosivim kristalima Na-Ca-feldspata i sivkastim kristalima kvarca, te RAPAKIVI iz Finske. Granit u Hrvatskoj nije bitnije rasprostranjen i prevladavaju varijeteti koji nisu posebno dekorativni jer su jednolike sive boje i sitnoga zrna. Granit se danas u svijetu masovno primjenjuje kao kamen za oblaganje svih površina bez ograničavanja. Značajka granita jest da se polira do visokog sjaja, da zadržava dekorativnost, sjaj i nepromjenjivost izgleda i u uvjetima onečišćene atmosfere urbanog okoliša te da se odlikuje trajnošću. Sve navedeno uvjetovano je ugrađivanjem granita koji se odlikuje svježinom i zvonkošću, s niskim sadržajem biotita, te da ne sadrži sulfidnih minerala, pirita, kao ni sekundarnih proizvoda alteracija ili izmjena feldspata.

Riolit je efuzivni odvjetak granitne magme, izrazite porfirske strukture. Sadrži fenokristale ili utruske kvarca, K-feldspata i biotita u gustoj osnovnoj masi koja može biti mikrokristalasta, kriptokristalasta do hijalinska ili staklasta. Stijena je različitih nijansi svjetlosive do sive boje. Kao prirodni kamen nema posebno značenje.

Kvarcporfir je zastarjeli termin, sve manje u upotrebi, za paleovulkansku, pretercijarnu stijenu koja po svom sastavu odgovara riolitu. Feldspati i obojeni minerali u kvarcporfiru redovno su alterirani, sericitizirani i kloritizirani, pa su takve stijene zeleno nijansirane. Kao prirodni kamen nema posebno značenje. U grupi vulkanskih stijena nalazi se i nekoliko tipova izrazite hijalinske ili staklaste strukture. To su smolinac, zelenkasto do crno vulkansko staklo; perlit, vulkansko staklo s brojnim koncentričnim prslinama; opsidijan, tamnosmeđe do crno vulkansko staklo tipičnoga ljušturastog loma, te plovučac, visoko porozno i šupljikavo vezikularno vulkansko staklo mjehurićaste poroznosti, volumne mase manje od 1 g/cm3, pa pliva na vodi.

Sijenit je intruzivna eruptivna stijena zrnaste strukture. Sastavljen je od K-feldspata, ortoklasa i mikroklina (60-80%), hornb1ende i biotita (20-40%) te akcesornih minerala apatita, magnetita, epidota i drugih (do 3%). Može sadržavati i neznatnu količinu plagioklasa. Boja sijenita različito je nijansirana siva, ovisno o udjelu obojenih minerala, ili crvenkasta, kad su K-feldspati pigmentirani hematitom.

Trahit je efuzivni odvjetak sijenita. Kao prirodni kamen nije od posebnog značenja. Porfir je zastarjeli termin za paleovulkanske, pretercijarne trahite, koji se danas praktički više ne koristi.

Monconit je intruzivna stijena koja se sastoji od podjednakih udjela K-feldspata i kiselih plagioklasa te nešto kvarca, biotita i hornblende. Latit je efuzivni odvjetak monconita, porfirske strukture.

Granodiorit se od granita razlikuje po tome što uz kvarc (10-30%) sadrži Na-Ca-feldspate ili plagioklase (30-50%), u manjoj količini K-feldspate (20-40%), a od obojenih minerala biotit i hornblendu (5-20%) te akcesorne minerale (do 4%). Izmedu granita i granodiorita koji se koriste kao prirodni kamen u tehničkom smislu nema posebnih razlika, osim što je upotreba granodiorita, zbog slabije izražene dekorativnosti, nešto manja. Dacit je efuzivni odvjetak granodiorita. Kao prirodni kamen nije od posebnog značenja.

Kvarcporfirit zastarjeli je termin za paleovulkanske, pretercijarne dacite koji se danas praktički više ne koristi.

Diorit je intruzivna eruptivna stijena zrnaste strukture. Sastavljen je od Na-Ca-feldspata ili neutralnih plagioklasa (60-80%), amfibola i biotita (20-40%) te akcesornih minerala i magnetita (do 6%). Budući da sadrži dosta obojenih sastojaka, hornblende i biotita, diorit je sive do tamnosive boje. Posebna odlika diorita je kvarcni diorit nazvan tonalit, koji se sastoji od kvarca (10-20%), Na-Ca-feldspata (50-70%), hornblende i biotita (15-30%) teakcesornih minerala (do 6%).

49

TABLA 6.I. NEKI POZNATIJI TIPOVI ERUPTIVNIH (INTRUZIVNIH I EFUZIVNIH) STIJENA S NJIHOVIM OSNOVNIM ZNAČAJKAMA (iz Bauer, 1985).

50

Na Pohorju nedaleko od Oplotnice eksploatira se tonalit sive boje, komercijalno nazvan "oplotnica sivi", sitnozrnaste strukture, često prošaran bijelim aplitskim žilama debljine do nekoliko centimetara. Primjenjuje se kao prirodni kamen bez ograničenja, odlikuje se nepromjenjivošću izgleda i trajnošću pod djelovanjem atmosferilija u urbanom okolišu. Andezit je efuzivni odvjetak diorita. Izrazite je porfirske strukture. Sastoji se od fenokristala plagioklasa, hornblende i biotita u sivoj osnovi približno istoga sastava. Rijetko se upotrebljava kao prirodni kamen. Porfirit je zastarjeli termin za paleovulkanske, pretercijarne andezite, danas se praktički više ne koristi Gabro je bazična intruzivna eruptivna stijena zrnaste strukture. Sastavljen je od Ca-Na-feldspata ili bazičnih plagioklasa (40-70%), piroksena, ±olivina i ±hornblende (20-50%) te akcesornih sastojaka i magnetita (do 10%). Gabro je tamnosive do crne boje, može biti zelenkasto nijansiran. Krupnoća zrna može varirati, čak i u istom masivu. Odlikuje se svojstvom da se glača do izvanredno visokoga sjaja, kad posebno dolazi do izražaja njegova crna boja. Površina se može obraditi ozrnjavanjem, pa je tada svjetlijih nijansi. Može se obrađivati i termičkim postupkom. Prvoklasan je prirodni kamen široke lepeze upotrebe, a posebno se koristi za memorijainu arhitekturu i arhitekturu groblja. Gabro se eksploatira nedaleko od Jablanice i komercijalno je poznat kao "jablanički granit". U prostranom masivu gabra eksploatira se u nekoliko radilišta (Velja stijena, Ploče, Padašnica, Findik). Sitnozrnasti varijeteti jablaničkoga gabra izrazito su crni, dok su varijeteti krupnijeg zrna tamnosivi i zelenkasto nijansirani. Jablanički gabro sastoji se od bazičnih plagioklasa, piroksena, olivina, hornblende i biotita. U grupi bazičnih magmatskih stijena nalazi se labradorit, monomineralna stijena krupnozrnaste strukture, sastavljena od plagioklasa labradora. Odlikuje se labradoriziranjem, plavičastim odsjajima pojedinih kristala labradora u sivoj zrnastoj osnovi kamena. Bazalt je efuzivni odvojakk gabra, fluidalne teksture i porfirske strukture. Sastoji se od fenokristala olivina, bazičnih plagioklasa i piroksena u tamnoj afanitskoj osnovi. Kao prirodni kamen od manjeg je značenja. Dijabaz je u prošlosti opisivan i smatran paleovulkanskim pretercijarnim bazaltom, ali se taj termin u tom smislu danas ne koristi. Dijabaz se svrstava u hipoabisalne stijene, izrazite ofitske strukture, s prostorno neorijentiranim pritkastim bazičnim plagioklasima i intersticijalnim ili meduprostornim piroksenom augitom. Dijabaz je u svijetu najpoznatiji crni prirodni kamen koji se ponajviše primjenjuje u arhitekturi groblja. Svježi dijabaz može se uglačati do briljantno visokog sjaja koji je trajan. Melafir je zastarjeli termin za dijabaze i bazalte mandulaste teksture. Peridotit je ultrabazična intruzivna eruptivna stijena, zrnaste strukture. Sastavljen je od olivina (40-70%), piroksena (20-40%) i akcesornih satojaka, ponajprije kromita (do 15%). Dunit ili olivinovac je monomineralna stijena sastavljena od olivina, s akcesornim kromitom. Peridotit je crne boje, često zelenkasto nijansiran. Kao prirodni kamen nije od posebnog značenja. 2.6.2. Sedimentne ili taložne stijene Sedimentne su stijene nastale u uvjetima površinskog i pripovršinskog atmosferskog tlaka i temperature, kao rezultat transformacije prethodno postojećih minerala i stijena. Njihov je postanak, dakle, vezan za površinu kamene kore. Nastajanje sedimentnih stijena općenito je vezan za slijedeće četiri faze:

• trošenje • transport • taloženje • litifikacija ili okamenjivanje.

Trošenje. Trošenje postojećih stijena može biti mehaničko i kemijsko, odnosno pod djelovanjem bioloških činitelja. Mehaničko trošenje izazvano je nizom činitelja, od toplinskih promjena na površini stijena do mehaničkog djelovanja vode pri smrzavanju. Zagrijavanjem i hlađenjem stijena njezini sastojci, minerali, povećavaju ili smanjuju svoj volumen, čime slabi intergranularna ili međuzrna veza. Time u površinskom dijelu stijene nastaju fine prsline, u kojima voda, pri zagrijavanju i pri smrzavanju, nastavlja i ubrzava započetu dezintegraciju. Mehanički dezintegrirani materijal može ostati na mjestu raspadanja ili može djelovanjem vode i vjetra biti transportiran na manje ili veće udaljenosti.

51

Kemijsko trošenje ili dekompozicija prouzrokovano je djelovanjem vode. Atmosferska voda koja sadrži ugljičnu kiselinu, kisik i ostale kiseline rastapa sastojke stijena ili ih pretvara u nove minerale. Nastaju različiti rastopljivi karbonati i bikarbonati, odnosno oksidi, hidroksidi i minerali glina. Postoje minerali koji se pod utjecajem vode otapaju veoma brzo (kamena sol, suliati), ili sporo (karbonati), dok ima i onih koji su prakticno netopljivi (kvarc). Na slici 2.6.12. prikazan je niz silikatnih minerala prema otpornosti na otapanje. Vidljivo je da su minerali kristalizirani pri višim temperaturama manje otporni na kemijske agense od onih nastalih pri nižim temperaturama. Ako pogledamo Bowenov slijed kristalizacije uočavamo da je otpornost silikatnih minerala obrnuta njihovu slijedu kristalizacije iz magme.

Slika 2.6.12. Pad otpornosti silikatnih minerala prema trošenju. Slika Bowenovog slijeda kristalizacije samo je dopunjena porastom otpornosti prema trošenju - na površini i pliće pod površinom, gdje su izloženi disoluciji. Ako pogledamo Bowenov slijed kristalizacije uočavamo da je otpornost silikatnih minerala obrnuta njihovu slijedu kristalizacije iz magme. To je posve logično, jer su zadnje kristalizirani minerali nastali u uvjetima tlaka i temperature bliskima atmosferskom, pa su u tim uvjetima i najstabilniji. Obrnuto je sa mineralima koji su kristalizirali pod visokim tlakom i temperaturom, u dubljim slojevima litosfere. Kada endodinamskim procesima budu dovedeni na površinu, postaju nestabilni, troše se i prelaze u nove – stabilne mineralne vrste.

Djelovanje organizma je dvojako: mehaničko (rastom korijenja u pukotinama stijena) i kemijsko (djelovanjem različitih organskih kiselina).

Transport. Mehanički dezintegrirani i kemijski rastopljeni materijal se s mjesta trošenja transportira, prije svega vodama tekućicama, odnosno vjetrom i ledenjacima. Mehanički rastrošeni materijal pri transportu vodom prirodno se oplemenjuje i frakcionira (selektira – diferencira, po specifičnoj masi i krupnoći čestica). Proces frakcioniranja naglašen je i pri transportu vjetrom.

Taloženje. Taloženje prenošenog materijala može biti trovrsno: mehaničko, kemijsko i biokemijsko. Mehanički transportirane čestice vučenjem, koturanjem, saltacijom i lebdenjem u vodi talože se kada snaga transportnog sredstva postane preslabada ih dalje prenosi. Nakupljanjem kemijskih otopina u zatvorenim lagunama, bazenima i jezerima povećava se koncentracija različitih soli (tijekom isparavanja vode) i počinje njihova kristalizacija. U vodenoj sredini organizmi grade skelete od anorganske tvari, ponajprije kalcita. Ugibanjem organizama skeleti tonu na dno, gdje nastaje kalcitni mulj koji se sastoji ponajviše od kalcitnog skeletnog detritusa.

52

Litifikacija ili okamenjivanje (započinje kompakcijom – zbijanjem sedimentiranog taloga). Istaloženi sedimenti, prvotno nevezani ili rastresiti, procesom litifikacije ili okamenjivanja prelaze u sedimentne stijene. Budući da je proces sedimentacije osnovna značajka sedimentnih stijena, bitna odlika sedimenata je slojevitost. S obzirom na procese tijekom postanka, treba razlikovati sediment i sedimentnu stijenu. Pod pojmom sediment podrazumijeva se rasuti i mekani, često vodom bogati talog. Složenim fizikalno-kemijskim i dijagenetskim procesima takav talog prelazi u čvrstu sedimentnu stijenu. Od takvoga postanka odudaraju neke sedimentne stijene koje nastaju izravnom kristalizacijom iz vodenih otopina (gips, anhidrit), kao i kasnodijagenetskim metasomatskim procesima (dolomit). Tablica 2.5.5. Osnovna podjela sedimenata i sedimentnih stijena (Pettijohn, 1975. – preuzeta iz Tišljar, 1994). Na slici desno prikazana je opća podjela s nazivima sedimentnih stijena i glavnim komponentama (preuzeta iz Crnković & Šarić, 2003).

Osnovna podjela sedimentnih stijena prema njihovoj genezi ili postanku prikazana je u tablici 2.5.5 i u tablici 2.5.6, a opća podjela i nazivi sedimentnih stijena prema europskim normama temeljena je na ovim sastojcima (glavnim komponentama) vidljivi su na slici uz tablicu 2.5.5. U tablici 2.5.6, podjelom nisu obuhvaćeni i vulkanoklastični sedimenti.

Klasifikacija i nazivi karbonatno-glinovito-pjeskovitih sedimentnih stijena prema europskim normama prikazana je slikom 2.6.13. Ta se klasifikacija temelji na međusobno odnosu: karbonata (kalcit, dolomit), čestica feldspata, filosilikata (minerali glina), kvarca i čestica stijena.

S obzirom na prevladavajuće fizikalne, kemijske, biokemijske i geološke procese, sedimentne se stijene dijele na: klastične, uključivši piroklastite (vulkanoklastične), kemijske i biokemijske.

53

Tablica 2.5.6. Općeniti pregled sedimentnih stijena (preuzeto iz Šestanović, 2001).

SI. 2.6.13. Klasifikacija i nazivi karbonatno-glinovito-pjeskovitih sedi-mentnih stijena (prEN 12407:1996; preuzeto iz Crnković & Šarić, 2003).

2.6.2.1. Klastične sedimentne stijene

U sedimentologiji i petrologiji sedimentnih stijena za kvalitativno označavanje veličine zrna klastičnih sedimenata uobičajena terminologija prikazana na slici 2.6.14. U našoj geološkoj literaturi obično se upotrebljavaju latinski nazivi (kalkarenit, kalkrudit), ali i engleski termini (siltit, siltozni). Što se tiče dimenzija zrna koja pripadaju jednoj od navedenih skupina sedimenata postoje različite klasifikacije i ljestvice koje se primjenjuju u različitim zemljama ili strukama. Najčešće i u svijetu najširu primjenu imaju Wentwothova i Atterbergova ljestvica. Dok je Atterbergova (1905) ljestvica geometrijska, decima1na i ciklična, Wentworthova (1922) ljestvica je geometrijska i logaritamska na bazi broja 2. Zbog logaritamske podjele Wentworthova je ljestvica praktičnija za iscrpno grafičko prikazivanje, jer kod decima1ne ljestvice nije moguće napraviti pogodno mjerilo da bi se mogle prikazati sve veličine zrna od dimenzija glina, tj. 1 do 4 mikrometara, pa do dimenzija šljunka (> 2 mm) i blokova (> 200 mm). Wentworthova i Attenbergova ljestvica prikazane su na slici 2.6.15. Wentworthova se ljestvica u nas primjenjuje u sedimentologiji i petrologiji, a Atterbergova ljestvica u geotehnici, građevinarstvu, hidrogeologiji i inženjerskoj geologiji. S obzirom na to da u prirodi iznimno rijetko nalazimo sedimente sastavljene od čestica, zrnaca ili valutica samo jednoga tipa, npr. od praha ili pijeska, a češće neki sediment sadrži različite međusobne omjere gline, praha, pijeska, pa i šljunka, osim definiranja veličine tih zrna nužno je upotrijebiti i odgovarajuću nomenklaturu temeljenu na međusobnim kvantitativnim odnosima udjela gline, praha i pijeska ili praha te pijeska i šljunka. U literaturi postoji veliki broj takvih klasifikacija i nomenklatura, ali se najčešće primjenjuju klasifikacije i nomenklature koje su dali Trefethen (1950), Shepard (1954), a u novije vrijeme i Konta (1973). Te su klasifikacije i nomenklature prikazane na 2.6.17. Za sedimente koji su smjesa gline, praha i pijeska obično se upotrebljava Trefethenova (1950)

54

klasifikacija (sl. 2.6.17.B), a za srednjozmate i krupnozmate sedimente Kontina (1973) klasifikacija (sl. 2.6.17.A). Kod velikog dijela sedimenata, posebice klastičnih, već na terenu možemo vrlo jednostavno obaviti najosnovniju terensku odredbu tih stijena na osnovi udjela zrna dimenzija praha, pijeska i šljunka. No, za pouzdanije odredbe granulometrijskog sastava provode se standardna laboratorijska ispitivanja (u ovlaštenom laboratoriju), a rezultati prikazuju na granulometrijskim dijagramima.

Slika 2.6.14. Lijevo gore. Uobičajena terminologija za kvalitativno označavanje veličine zrna klastičnih sedimenata u sedimentologiji i petrologiji sedimentnih stijena (iz Tišljar, 1994).

Slika 2.6.15. Lijevo dolje. Tipičan izgled granulometrijskog dijagrama s rezultatima ispitivanja za dva uzorka iz klizišta Šinkovica.

Slika 2.6.16. Sredina. Klasifikacija i nomenklatura klastičnih sedimenata na osnovi veličine zrna (prema Wentworthu, 1922. i Atterbergu, 1905; preuzeto iz Tišljar, 1994).

Slika 2.6.17. Desno. Klasifikacija i nomenklatura klastičnih sedimenata na osnovi međusobnih udjela pojedinih kategorija zrna (preuzeto iz Tišljar, 1994). Valja naglasiti da za ozbiljnije upoznavanje inženjerskogeoloških/geotehničkih karakteristika materijala (kao što je to npr. posmična čvrstoća koherentnih i polukoherentnih tala i nekih vrsta mekih stijena) granulometrijski sastav nije dovoljan – čak niti za osnovnu klasifikaciju materijala. Zato se primijenjuju i dodatni kriteriji: laboratorijska određivanja Atterbergovih granica plastičnosti (u koherentnim materijalima), ispitivanja prirodne zbijenosti tla (koherentna i

55

nekoherentna tla i meke stijene) i utvrđivanje konzistentng stanja (tla–sedimenti i sedimentne stijene). Atterbergove granice plastičnosti određuju se po standardnim postupcima u ovlaštenim laboratorijima (rezultati se prikazuju u dijagramu plastičnosti), prirodna zbijenost tla određuje se jednostavnim terenskim pokusom (standardni penetracijski pokus: SPP), a konzistentno stanje određuje se tijekom terenske klasifikacije materijala i laboratorijskim postupcima.

0

10

20

30

40

50

60

70

80

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120

GRANICA TEČENJA - wL (%)

IND

EKS

PLA

STIČ

NO

STI -

IP (%

)

Č1-Č9 (BEZ Č2): 2003.Č10-Č18 I Č23: 2005.

CL

ML

CI

OL

MI OI

CH

MH OH

SF

SC

CL - GLINA PRAŠINASTA NISKE PLASTIČNOSTI CI - GLINA ANORGANSKA SREDNJE PLASTIČNOSTI CH - GLINA ANORGANSKA VISOKE PLASTIČNOSTI ML - PRAH MI - PRAH GLINOVIT MH - TINJČASTA I DIJATOMEJSKA TLA OL - PRAH ORGANSKI NISKE PLASTIČNOSTI OI - GLINA ORGANSKA SREDNJE PLASTIČNOSTI OH - GLINA ORGANSKA VISOKE PLASTIČNOSTI SF - PIJESAK S PREKOMJERNO FINIH ČESTICA SC - PIJESAK VEZAN GLINOM

IP = 0,73 (wL - 20)

DIJAGRAM PLASTIČNOSTI UZORAKA IZ PODRUČJA KLIZIŠTA "ČESMIČKI (2003.)" I "ČESMIČKI-1 (2005.)" U ULICI ČESMIČKOGA

-14

-12

-10

-8

-6

-4

-2

0

2

4

6

8

10

12

14

160 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

IP (Č-1 DO Č-8; PROSINAC 2001.)

IP (Č-9 DO Č-11; SRPANJ 2002.)

IP (VODOSPREMA VINEC; OŽUJAK 2002.)

WL (SVI ISPITANI UZORCI)

RĐASTI PIJESCI

RNK

NDEKS PLASTIČNOSTI - IP I GRANICA TEČENJA - WL (%)

DU

BIN

A U

ZOR

KA S

OB

ZIR

OM

NA

RE

FER

EN

TNI N

IVO

KO

REL

AC

IJE

- "R

NK"

(m)

Slika 2.6.18. Tipični dijagram plastičnosti na kojemu su prikazane dvije bliske lokacije (klizišta Česmički) na južnom obronku Medvednice u Zagrebu. Preklapanje velikog

broja uzoraka u određenom dijelu jasno ukazuje da su brojne bušotine, iz kojih su uzimani uzorci, prošli kroz istovrsne materijale, koje imaju i podudarne posmične čvrstoće.

Slika 2.6.19. Korelacijski inženjerskogeološki/geotehnički stup klizišta Črešnjevec u Zagrebu. Lokacija bliska klizištima u ulici Česmičkoga (uzorci na slici 2.6.18). U novije vrijeme dopunjeni su i izrađeni (Ortolan, 2006., 2007) dijagrami korelacije indeksa plastičnosti i granice tečenja s rezidualnim i vršnim kutevima trenja (slike 1 i 2). Iako ih valja oprezno koristiti, u praksi su od izuzetne koristi.

Za osnovni uvid u namjenu spomenutih postupaka (inženjerskogeološka/geotehnička razmatranja) u tabličnom prikazu u nastavku izlaganja prikazana su osnovna fizička i mehanička svojstva koherentnih tala.

56

TABLIČNI PRIKAZ OSNOVNIH FIZIČKIH I MEHANIČKIH SVOJSTAVA KOHERENTNIH TALA I NJIHOVA ODNOSA

Terzaghi & Peck (1948)

Nonveiller (1979., str. 70)

Šuklje (1979., str. 194)

Anagnosti (1982., str. 32)

qu (KN/m2) Šuklje

(1979., str. 194)

qu (KN/m2) Terzaghi & Peck

(1948)

qu (KN/m2) Anagnosti

(1982., str. 22-23)

Ms (MPa) Šuklje

(1979., str. 194)

SPP Nonveiller

(1979., str. 70)

SPP Anagnosti

(1982., str. 32)

PO OTPORU KOJI PRUŽA GNJEČENJU UZORAK NEPOREMEĆENA TLA

Nonveiller (1979., str. 56)Anagnosti (1982., str. 22-23) Ic KONZISTENCIJA

0,00 - 0,25 vrlo meka (very soft) vrlo meka žitka tečna < 35 < 24 0 - 25 < 0,5 2 0 _ 2 Žitko konzistentno stanje - ne

može se valjati.

Označava da je tlo vrlo meko tj. da se lako deformira, npr. u njega se lako utiskuje

pesnica (stisnuta, zatvorena šaka).Ic < 0 tečna

0,25 - 0,50 meka (soft) meka vrlo meka 35 - 70 24 - 48 25 - 50 2 _ 4 2 _ 4Označava da je tlo meko tj. da se lako

deformira, npr. u njega se lako utiskuje palac ali se ne može utisnuti cijela pesnica.

0 < Ic < 1/3 meko plastična

0,50 - 0,75srednje tvrda

(medium)

srednje tvrda meka 70 - 140 48 - 96 50 - 100 4 _ 8 4 _ 8

Označava da je tlo srednje plastično tj. da se deformira ali pod većim pritiskom. U

takvo tlo se palac može utisnuti samo pod velikim pritiskom.

1/3 < Ic < 2/3 srednje plastična

0,75 - 1,00 kruta (stiff)

kruta teško gnječiva kruta 140 - 280 96 - 192 100 - 200 preko

2 do 5 8 _ 15 8 _ 15

Teško gnječivo. Uzorak je na granici mogućnosti valjanja u

valjčić debljine od 3 mm, a da se pri tome ne drobi.

Označava da je tlo kruto-plastično, tj. da se vrlo teško defotmira, npr. utiskivanje palca je nemoguće, ali se može utisnuti vrh

zašiljene olovke.

2/3 < Ic < 1 kruto plastična

1,00 - 1,25 vrlo kruta (very stiff)

vrlo kruta polutvrda polutvrda > 280 192 - 388 200 - 400 10 do 20 15 _ 30 15 _ 30

Polučvrsto konzistentno stanje - uzorak možemo pregnječiti, ali se

drobi kad se valja u valjčić promjera od 3 mm.

Označava da je tlo polutvrdo tj. da se skoro ne deformira npr. pri opterećenjima koja se mogu ostvariti pritiskom ruke sa zašiljenim

predmetima.

1 < Ic < (wl - ws)/Ip polutvrda

> 1,25 čvrsta (hard) čvrsta tvrda tvrda > 388 > 400 preko 20 > 30 30 _ 50

Čvrsto konzistentno stanje - uzorak se gnječenjem mrvi u

manje komadiće.

Označava da je tlo tvrdo tj. praktično nedeformabilno za opterećenja od građevina

uobičajenih dimenzija.Ic > (wl - ws)/Ip tvrda

w0 - prirodna vlažnost (%) wp - granica plastičnosti (%) wl - granica tečenja (%) ws - granica stezanja (%) IP = wl - wp - indeks plastičnosti (%)

SPP (broj udaraca - nož) qu - jednoosna pritisna čvrstoća (danas u MPa)

LEGENDA:

Dijagram plastičnosti s promjenama osobina koherentnih talaSTANJE

wGRANICA

ČVRSTO

w s

POLUČVRSTO

w p

I P = w l - w p

TERENSKA IDENTIFIKACIJA

Lako gnječivo - može se valjati u valjčić tanji od 3 mm.

NAPOMENA Šuklje (1979., str. 11)

wp

o

0

ws

Ic Anagnosti

(1982., str. 32)

KONZISTENCIJA KOHERENTNIH TALA MEHANIČKA SVOJSTVA

Att

erbe

rgov

e gr

anic

e

wl

0,5 do 2

Pripremio: dr.sc. Želimir Ortolan , dipl.ing.geol.

Ic = (wl-w0)/(wl-wp) - indeks konzistencije

lako gnječiva

PLASTIČNO ŽITKO

Ms - modul stišljivosti (edometarski; izvorno u Kp/cm2). Za prahove s Ic < 0,75 preporučuju se 25% niže vrijednosti modula stišljivosti (Šuklje, 1979).

w l

Literatura: Anagnosti, P. (1982): Mehanika tla od teorije do prakse. Građevinski kalendar, Savez građevinskih inženjera i tehničara Jugoslavije. Beograd.

Nonveiller, E. (1979): Mehanika tla i temeljenje građe-vina. Škol. knjiga, 780 p., Zagreb.

Šuklje, L. (1979): Objašnjenje pravilnika o tehničkim normativima za projektovanje i izvođenje radova kod temeljenja građevinskih objekata. Časopis «Izgradnja» - Beograd. Sarajevo 1979.

Terzaghi, K. & Peck, R. (1948): Soil Mechanics in Engineering Practice, J. Wiley. New York.

Granice plastičnosti (Nonveiller, 1979): Fizikalne osobine glinovita tla mijenjaju se sa sadržajem vode. Suho glinovito tlo može biti potpuno kruto i čvrsto. S porastom vode u njemu ono postaje najprije plastično podatljivo, zatim meko i najzad prelazi u žitko tekuće stanje. Količina vode pri kojoj se odražavaju te promjene u glini ovisi o granulometrijskom sastavu, o sadržaju koloidnih čestica i o vrstama minerala gline što ih tlo sadrži. Na osnovi rezultata dugotrajnih opažanja i empirijskih pokusa definirao je švedski istraživač Atterberg stanja plastičnosti glinovitih materijala i granice između tih stanja, određene količinom vlage u trenutku kad materijal ima granična svojstva. Stanja plastičnosti i granice među njima prikazana su na skici uz sadržaj vlage prikazan na osi apscisa. Glinovit materijal s vrlo mnogo vode u žitkom je stanju i čvrstoća na smicanje je, kao u nekoj tekućini, τf = 0. Sa smanjenjem vlage povećava se viskozitet i pri određenoj vlazi pojavljuje se sasvim mala čvrstoća na smicanje; tada je postignuta granica tečenja wl. Smanjuje li se količina vlage i dalje, dolazi se do granice pri kojoj se oblik mase ne može mijenjati bez narušayanja kontinuiteta materijala (nastaju pukotine). To je granica plastičnosti wp. Uz daljnji gubitak vlage uzorak je sve čvršći. Njegov se volumen smanjuje sve dok se voda u porama počne povlačiti u unutrašnjost uzorka, kad je postignuta granica stezanja ws. Suši li se materijal i dalje, raste njegova čvrstoća, ali mu se volumen ne mijenja. Razlika sadržaja vlage između granice tečenja i granice plastičnosti naziva se indeks plastičnosti i označuje se s IP. Ove granice, definirane na temelju empirijskih opažanja i iskustava, određuju se standardiziranim empirijskim pokusima. Iskustvo od oko pola stoljća pokazalo je da granice plastičnosti vrlo dobro karakteriziraju osobine glinovitih materijala. Njihova je primjena dragocjena za međusobnu usporedbu raznih vrsta koherentnih ta1a i za približno utvrđivanje njihovih svojstava na temelju vrlo jednostavnih pokusa.

57

114

109

107

105

113

112

103

99

97

85

86

6343

28

27

10

5

23

79

41

94

57

29

4

34

78

81

40

64

66

12

11

65

3993

62

58

98

55

5256

53

50

38

13

42

61

67

83

6

46

48

4515

32

2

47

80

17

60

77

37

16

6935

3336

8

20

9

49

44

30

21

59

31

18

22

3

24

76

75

1

73

1470

71

26

72

25

82

7

74

19

84

51

90

89

110

115

54

87

68

88

91

92

95

96

100

101

102

104

106

108

111

116

117=120

118

119

0

5

10

15

20

25

30

35

40

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130

INDEKS PLASTIČNOSTI - PI (%)

VR

ŠN

I - Φ

P I R

EZI

DU

ALN

I KU

T TR

EN

JA - Φ

R (O

)

REZIDUALNI KUT TRENJA (Ortolan & Mihalinec, 1998)

VRŠNI KUT TRENJA (Ortolan & Mihalinec, 1998)

REZIDUALNI KUT TRENJA (1998.-2006.)

Klizište ispod KBC-Merkur u Zagrebu, 2005/2006.

Klizište Česmički-zapad u Zagrebu, 2002.

Klizište Jarpetar kod Buja u Istri, 2002.VEOMA OSJETLJIVE GLINE:

4-8 (OTAWA-KANADA: 8)

CUCARACHA ŠEJL PANAMA: (15)

(117,120): ALOFAN JAVA

HALOAZIT-JAVA

HALOAZIT (JAVA)

(29-32): UGLJEVITI ŠEJLOVI I PRAHOVNJACI

(25-27): MATERIJALI S HIDROTINJCIMA MEKE GLINE

(47-49)

(20-24): MATERIJALI S MONTMORILONITOM

(100-107):TRIJAS, GLINE I ŠEJLOVI

0

5

10

15

20

25

30

35

40

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 210 220

GRANICA TEČENJA - WL (%)

Chandler & Hardie 1989. (til i Londonska glina) Kenney 1967. (veoma osjetljive gline)Kenney 1967. (glinoviti proslojci u vapnenačkim serijama) Kenney 1967. (kaolinit)Kenney 1977. (gline s montmorilonitom) Kenney 1977. (gline s hidrotinjcima)Lupini et al. 1981. (lapor) Lupini et. al. 1981. (ugljeviti šejlovi i prahovnjaci)Lupini et. al. 1981. (prekonsolidirane gline) Kenney 1967. (glina, šejlovi)Kenney 1967. (Cucaracha šejl - Panama) Lupini et al. 1981. (meke gline)Ortolan 1996. (pleistocenske gline) Ortolan 1996. (pliopleistocenske gline)Ortolan 1996. (Terra Rossa) Ortolan 1996. (rezidualne gline miopliocena)Ortolan 1996. (proslojci šejlova i glina trijasa) Ortolan 1996. (glina miocena)Ortolan 1996. (glineni šejlovi sarmata) Skempton 1985. (lapori i gline)Wesley 1977. (alofan i haloazit) Ortolan 1996. (gline holocena)Klizište Jarpetar kod Buja u Istri, 2002. Klizište Česmički-istok u Zagrebu, 2005.Klizište Črešnjevec u Zagrebu, 2001. Klizište Česmički-zapad u Zagrebu, 2002.Klizište Čiritež kod Buzeta u Istri, 2001. Klizište Podvinje u Zagrebu, 2004.Klizište ispod KBC-Merkur u Zagrebu, 2005/2006. Vršni kut trenja (Ortolan & Mihalinec, 1998)

VR

ŠN

I - Φ

P I

RE

ZID

UA

LNI K

UT

TRE

NJA

- Φ

R (O

) ALOFAN ALOFAN

HALOAZIT

HALOAZIT

CUCARACHA ŠEJL

VEOMA OSJETLJIVE GLINE

UGLJEVITI ŠEJLOVI I PRAHOVNJACI

MATERIJALI S HIDROTINJCIMA

Slika 2.6.20. Korelacija vršnog i rezidualnog kuta trenja s indeksom plastičnosti prirodnih materijala (Ortolan & Mihalinec, 1998). Dijagram je za rezidualnekuteve trenja dopunjen rezltatima laboratorijskih ispitivanja od 1998. do 2006. g.

Slika 2.6.21. Korelacija vršnog i rezidualnog kuta trenja s granicom tečenja prirodnih materijala (prema bazi podataka iz: Ortolan & Mihalinec, 1998). Dijagram je za rezidualne kuteve trenja dopunjen rezltatima dobivenim laboratorijskim ispitivanjima od 1998. do 2006. godine (iz Ortolan, 2007. – još nije objavljeno).

Tablice 2 5.7 - 2.5.9. Odnos fizičkih i mehaničkih svojstava nekoherentnih tala (lijevo: Šuklje, 1979., – sredina: Anagnosti, 1982., - desno: Placzek, 1985. i Nonveiller, 1979).

CPT SPP Relativna gustoća

Kut unutrašnjeg trenja (o) Modul stišljivosti (MPa)

Nonveiller (1979., str. 70)

SPP

Stupanj

zbijenosti Qc

(kN/m2) N

(udaraca) Dr Peck

(1974) Meyerhof

(1956)

Pijesak sitni i srednji

Krupni pijesak i šljunak N

(udaraca)

Zbijenost pijeska

Vrlo rastresit < 2 < 4 < 0,20 < 29 < 30 < 3,5 < 8,5 0 - 4

Vrlo rahlo

Rastresit 2 - 4 4 - 10 0,20 - 0,40 29 - 30 30 - 35 3,5 – 7,5 8,5 - 15 4 – 10

Rahlo

Srednje zbijen 4 - 12 10 - 30 0,40 - 0,60 30 - 36 35 - 40 7,5 - 15 15 - 30 10 – 30

Srednje zbijeno

Zbijen 12 - 20 30 - 50 0,60 - 0,80 36 - 41 40 - 45 15 - 30 30 - 60 30 – 50 Gusto

Vrlo zbijen > 20 > 50 0,80 - 1,00 > 41 > 45 > 30 > 60 > 50 Vrlo gusto

58

U tablicama 2.5.7. i 2.5.8. prikazan je odnos fizičkih i mehaničkih svojstava za nekoherentna tla. U Hrvatskoj su se udomaćile, kako za koherentna – tako i za nekoherentna tla, klasifikacije koje je izvršio Nonveiller.

Slabo vezana tla (stijene) se općenito u mehanici tla klasificiraju prema rezultatima laboratorijskih ispitivanja neporemećenih i poremećenih uzoraka. Terenska "in situ" kvantitativna i semikvantitativna ispitivanja izvode se najčešće standardnim penetracijskim pokusom, džepnim penetrometrom i krilnom sondom. Kvalitativna ispitivanja svode se na ocjenu plastičnosti, konzistencije i granulometrijskog sastava, na osnovi kojih se i provodi terenska klasifikacija slabo vezanih tala.

U novije vrijeme razvijena je RNK-metoda (metoda referentnog nivoa korelacije) za potrebe 3D-(prostornog) geotehničkog modeliranja (Ortolan, 1996), a izrađeni su (Ortolan & Mihalinec, 1998) i dopunjeni (Ortolan, 2006., 2007) dijagrami korelacije indeksa plastičnosti i granice tečenja s rezidualnim i vršnim kutevima trenja (sl. 2.6.20 i 2.6.21). Iako ih valja koristiti s nužnom mjerom opreza (očito neka atipična tla ne slijede opću zakonitost (npr. haloazit, alofan, neke vrste šejlova, …), ako se metodologija ispravno i korektno primijenjuje - u praksi su od izuzetne koristi. Iz tih dijagrama možemo približno odrediti kut unutrašnjeg trenja koherentnih materijala, ako su nam poznate vrijednosti granica tečenja i indeksa plastičnosti, određenih u geotehničkom laboratoriju na prirodno vlažnom uzorku (poremećenom ili neporemećenom). Potom, koristeći mogućnosti korelacijskih metoda (korelacija, tj. paralelizacija slojeva s ciljem utvrđivanja njihove istovjetnosti ili neistovjetnosti), o kojima će još biti govora, može se izraditi konzistentne i korektne korelacijske geotehničke stupove nekoga istraživanog prostora (v. sliku 2.6.19). Iz njih je veoma jednostavno naći najslabiju kariku u geotehničkom lancu posmične čvrstoće, tj. slojeve, proslojke ili lamine najniže posmične čvrstoće uzduž kojih su redovito nastupila klizanja tla (ili će nastupiti – ako su za to ostvareni i ostali geotehnički rubni uvjeti). Najvećim indeksima plastičnosti i granicama tečenja pripadaju najniže posmične čvrstoće (v. slike 2.6.20 i 2.6.21).

Granica tečenja (wL) i indeks plastičnosti (IP = wl-wP) geotehnički su parametri koji su relativno neosjetljivi na poremećivanje uzorka (uz uvjet da im se sačuva prirodna vlažnost), veoma su jednostavni i niske cijene, a izvrsno se mogu korelirati s posmičnom čvrstoćom tla na ograničenom (ponekad i velikom – do par desetaka km2) prostoru. Za potrebe građenja je to od izuzetno velikog značenja. Zato se sugerira uzimanje uzoraka i ispitivanje Atterbergovih granica (tj. wl i wP, granice plastičnosti) na što manjim uzorcima. Duljina odabranog uzorka ne bi smjela biti veća od 10 cm (po potrebi nekoliko cm, kadikad do nekoliko mm – no takvi uzorci mogu se uzimati samo na izdancima i iz sondažnih jama). Dostatna je učestalost uzimanja uzoraka prosječno barem svakih 0,5-1,0 m, odnosno prema prosudbi – zavisno od složenosti situacije.

U koherentnim tlima, za iskazivanje stanja konzistencije, kao referentan, uzima se indeks konzistencije, koji je također u korelaciji s rezultatima standardnog penetracijskog pokusa kao najčešćeg podatka koji se koristi kod terenskih ispitivanja tla istraživačkim bušenjem. Pritom se može ustvrditi da je i terenska nomenklatura izražena terminima vezanim za "gnječivost" tla (lako, srednje, teško – tablica 5) primjenjiva pri klasifikaciji koherentnih tala, a terensku nomenklaturu (stanje konzistencije) treba razlikovati od laboratorijske klasifikacijske nomenklature (indeks konzistencije). Neki autori u skupinu prekonsoidiranih tala svrstavaju i stjenovite mase s "geološkim indeksom čvrstoće" GSI < 20, čije su karakteristike slične prekonsolidiranim koheretnim tlima (pojedini varijeteti "mekih" stijena).

Po svojem postanku, klastične su sedimentne stijene rezultat fizičkog trošenja i dezintegracije ili raspadanja i usitnjavanja postojećih stijena, transporta nastalih klasta i taloženja te litifikacije. O svojstvima stijena koje se troše i dužine transporta ovise uglatost i zaobljenost klasta (zrna), a o teksturno-strukturnim značajkama stijena koje se troše ovisi sferičnost klasta (sl. 2.5.4). Imaju li stijene koje se raspada ju homogenu teksturu, klasti će biti približno izometrični. Ako se stijena koja se dezintegrira odlikuje teksturnom anizotropijom (slojevitost, škriljavost), klasti će biti pločasti.

Klastične se sedimentne stijene se, s obzirom na veličinu klasta (zrna), dijele na psefite, psamite, siltite i pelite (sl. 2.6.14). Klasti se u klastičnim sedimentima mogu pakirati tako da imaju međusobnu potporu pa se u pornom prostoru nalazi porni cement, ili su klasti uronjeni u matriks (sl. 2.5.5). Breče ili kršnici i konglomerati ili valutičnjaci pripadaju krupnoklastičnim sedimentima (psefitima). Značajka je breča da se sastoje od uglatih čestica, dok konglomerati sadrže zaobljene čestice (sl. 2.6.22: sredina-dolje). Na kolor fotografiji u sredini iznad: lijevo je konglomerat, desno breča. Na slici se vidi način pakiranja zrna (klasta) s načinom cementacije i litifikacije klastičnog sedimenta (lijevi dio slike), te način pakiranja i međusobnih kontakata zrna – na desnom dijelu slike.

59

Slika 2.6.22. Nnačin pakiranja zrna (klasta) s načinom cementacije i litifikacije klastičnog sedimenta (lijevi dio slike), te način pakiranja i međusobnih kontakata zrna – na desnom dijelu slike (iz Zišljar, 2001). Kolor fotografija konglomerata (lijevo, gore sredina) i breče (desno, gore sredina: iz Chernicoff & Whitney, 2007). Čestice u ovim krupnozrnatim stijenama govore mnogo o svojoj prošlosti. Zaobljenost zrna u konglomeratima ukazuje na daleke transporte vodom koja se enrgično kretala. Različita zrna stijene zastupljena u ovom konglomeratu ukazuju na njihovo plutonsko-magmatsko porijeklo. (b) Uglatost čestica breča ukazuju na kratke transportne udaljenosti. Breče najčešće mogu biti obronačne nastale litifikacijom sipara, i tektonske, nastale drobljenjem stijena pri tektonskim pokretima u litosferi. Konglomerati nastaju litifikacijom šljunka bez obzira na njegovo porijeklo. Obično ih nazivamo prema sastavu klasta (kvarcni konglomerat, vapnenački konglomerat). Dekorativna i tehnička svojstva breča i konglomerata ovise o sastavu čestica i karakteru veziva. Kao prirodni kamen poznate su mramorne, vapnenačke i dolomitne breče različitih stratigrafskih pripadnosti, od paleozoika do paleogena. Vapnenačke breče i konglomerati upotrebljavaju se ponajprije za oblaganje interijera, jer su neke od njih nepostojane u eksterijeru, ili, pak, u eksterijeru gube svoju dekorativnost.

60

Pješčenjaci pripadaju srednjoklastičnim sedimentnim stijenama (psamitima). Posebne odlike pješčenjaka jesu arkoza i grauvaka. Arkoza je pješčenjak sastavljen od klasta feldspata i kvarca te listića tinjaca cementiranih najčešće kalcitom. Arkoze su često makroskopski slične granitima. Boje su crvenkaste i ružičaste, kad su im sastojci pigmentirani hematitom i limonitom.

Grauvaka je pješčenjak sastavljen od klasta feldspata, kvarca i stijena uronjenih u glinoviti matriks. Od organske tvari su redovito tamnosive boje. Zbog minerala glina u sastavu neuporabive su kao bil kakvo građevno gradivo. Posebna je odlika pješčenjaka i biokalkarenit ili bioklastični vapnenački pješčenjak. Sadrži bioklaste i čestice vapnenca veličine psamita cementirane kalcitom. U nas se takav varijetet pješčenjaka eksploatira nedaleko od Donjeg Doca, a na tržištu je poznat kao jadran zeleni. Pješčenjaci se kao prirodni kamen manje upotrebljavaju, iako su u prošlosti, zbog lakoće eksploatacije i obrade, obilno korišteni.

Piroklastiti su stijene genetski vezane za vulkansku aktivnost, nastajanje vulkanskih breča i izbacivanje vulkanskog pepela. Vulkanski se pepeo taloži u bližem ili daljem okolišu vulkana i litifikacijom prelazi u tuf. Struktura tufa je litoklastična - kada tuf sadrži čestice stijena, kristaloklastična - kad sadrži čestice minerala, i vitroklastična - kad sadrži čestice vulkanskog stakla (v. sliku). Sastav tufa odgovara sastavu vulkanske stijene s kojom je genetski vezan. O tome ovisi i njegova boja. Riolitski i dacitski tufovi su bjeličasti, sivkasti i ružičasti, a trahitski i andezitski tufovi su sivi, zelenkastosivi, crvenkastosivi i tamnosivi. Različito obojeni tufovi, ovisno o tehničkim svojstvima, koriste se kao prirodni kamen. Osnovna im je značajka da se poliranjem ne može postići sjaj.

Nevezani (nekoherentni) i poluvezani (koherentni) sedimenti (u mehanici tla i inženjerskoj geologiji ih nazivamo tlima) se po krupnoći zrna dijele na šljunak, pijesak, glinu i prah, kako je već ranije spomenuto, vezano uz krupnoću zrna po Atterbergovoj nomenklaturi (sl. 2.6.16).

Lapori i marliti. Tišljar (1994.,2001) spominje da su lapori po definiciji miješane karbonatno-glinovite stijene koje sadrže smjesu od 20-80 % kalcita i 80-20 % siliciklastičnog materijala pelitnih dimenzija, prije svega minerala glina (sl. 2.6.23). Neke kiasifikacije tu granicu stavljaju na 33 i 66% (Pettijohn, 1975). Dio kalcita može biti kemogena podrijetla, tj. nastati izlučivanjem iz morske ili jezerske vode, a dio može biti najsitniji karbonatni detritus - karbonatni mulj. Običnim mikroskopsko-petrološkim istraživanjima, bez elektronskog mikroskopa, u pravilu nije moguće utvrditi podrijetlo takva kalcita, pa se uglavnom smatralo da su lapori, s obzirom na genezu, mješoviti kemogeno-klastični sedimenti, pri čemu se smatra da je karbonatna komponenta kemogenog, a siliciklastični detritus (glina i silt) klastičnog podrijetla. Danas je, međutim, jasno da dio kalcita iz karbonatne komponente lapora pripada karbonatnom detritusu nastalom fizikalnim i biogenim, bioerozijskim usitnjavanjem (organizmi koji buše podlogu) starijih vapnenačkih stijena, a ne izravno iz vode izlučenim autigenim karbonatima. Lapor koji sadrži od 20 do 33 % gline i od 66 do 80 % kalcita, zove se kalcitom bogati lapor ("vapnenački lapor"). Porastom udjela kalcita (80 - 90 %), takav lapor postupno prelazi u glinoviti vapnenac (2.6.24). Stijenu s izrazitom prevlašću gline (80-90%) nad kalcitom (10-20%) nazivamo kalcitična glina, kalcitični glinjak (calcareous claystone - Selley, 1988) ili kalcitični muljnjak (vapnenački muljnjak – calcareous mudstone), ako uz čestice dimenzija glina i minerale glina sadrže još i znatniji udio siliciklastičnog detritusa dimenzija silnog do srednjeg praha. Po istom principu primjenjenom kod kalcitom bogatog lapora, lapor koji sadrži 65 do 80% gline naziva se glinom bogati lapor ili glinoviti lapor. Pravi, "čisti" lapori, sastavljeni samo od gline i kalcita, u prirodi su rijetkost, jer su lapori obično međusobna smjesa triju komponenata - gline, kalcita i siliciklastičnog materijala dimenzija praha (0,004-0,063 mm) pa i sitnoga do srednjega pijeska (0,063-0,50 mm). Lapori koji osim gline i kalcita sadrže još i 10 do 33 % siliciklastičnog materijala dimenzija praha (siIta) i silnoga pijeska zovu se prahoviti ili siltični lapori (sl. 2.6.23), odnosno pjeskovito-prahoviti lapori (nikako siltni lapori jer je siltno ono što je pretežito, tj. >50%, sastavljeno od silta). Pri istraživanju lapora nije dovoljna samo terenska, makroskopska odredba, već je prijeko potrebno laboratorijsko određivanje udjela CaCO3 (kalcimetrija, kompleksometrija, rentgenska difrakcija) i granulometrijska analiza, tj. određivanje količine čestica dimenzija gline i zrnaca dimenzija silta, netopljivog ostatka lapora nakon otapanja kalcita, te kvantitativna klasifikacija na osnovi međusobnih udjela tih triju komponenata prema dijagramu prikazanom na sl. 2.6.23.

61

Slika 2.6.23 (lijevo). – 2.6.24 (desno). Klasifikacije i nomenklature vapnenačko pelitnih sedimenata sastavljenih od kalcita gline i siliciklastičnog materijala (lijevo), odnosno podjela i nazivi karbonatnih stijena s obzirom na sadržaj kalcita, dolomita i siliciklastičnog materijala (desno). Obadvije slike preuzete su iz Tišljar (2001). U mikroskopskim izbruscima lapori pokazuju pelitno-klastičnu strukturu s pahuljastim nakupljanjem gline u kriptokristalastoj ili mikrokristalastoj kalcitnoj temeljnoj masi. Samo sporadično u takvoj se smjesi gline i kalcita nalaze pojedinačna zrnca kvarca, feldspat i tinjci dimenzija sitnoga do srednjega silta (0,004-0,030 mm). Za razliku od lapora prahoviti lapori mikroskopski pokazuju veći udio takvih zrnaca, obično potpuno nepravilno raspoređenih po glinovito-kalcitnoj masi, a ponegdje i unutar tankih proslojaka i lamina. Kod marlita ili dijagenetski izmjenjenih lapora - lapornjaka - u mikrokristalastoj ili kriptokristalastoj temeljnoj masi umjesto pahuljastih nakupina ili homogene smjese kalcita i minerala glina nalaze se sitnolistićave nakupine ilita, sericita i klorita, a kod prahovitih marlita još i sitna zrnca kvarca, feldspata i sitnih odlomaka stijena.

Petrološka istraživanja lapora često su znatno otežana zato što lapori starijih geoloških razdoblja, kao i tercijarni lapori koji su pretrpjeli jače dijagertetske promjene na većim dubinama prekrivanja, imaju bitno promjenjeni mineraini sastav prvobitne glinovite komponente i zbog toga drukčija fizikaina svojstva. Oni, naime, umjesto prvobitnih minerala glina, u prvome redu zbog porasta temperature, a dijelom i tlaka, sadrže produkte njihovih dijagenetskih izmjena: ilit, klorit, sericit i muskovit.Također, umjesto primarnog kriptokristalastog kalcita obično sadrže mikrokristalastu ili mikrosparitnu kalcitnu masu nastalu prekristalizacijom kalcita, bilo kemogenog bilo detritičnog podrijetla. Na taj način te stijene postaju jače litificirane i u dodiru s vodom više se ne raspadaju kao što se raspadaju «obični» lapori. To, dakle, više nisu smjese gline i kalcita, čime su lapori zapravo definirani, pa zbog takvih promjena mineralnoga sastava i strukture takvu stijenu više ne treba smatrati laporom, već je to lapornjak ili marlit (marlstone - Pettijohn, 1975), ili pak kalcitični šejl, odnosno vapnenački šejl (calcareous shale) ako pokazuje lisnatost (Tišljar, 1994). Na slici 2.6.25 prikazan je prijedlog nomenklature i klasifikacije lapora (Tišljar, 1994) s obzirom na stupanj dijagenetskih promjena primarnih minerala glina, koje su uzrokovane povećanjem dubine prekrivanja, tj. povišenjem temperature i tlaka.

62

Slika 2.6.25.

U nastavku izlaganja Tišljar (2001) spominje da su glinoviti mikrit i kloritno-sericitni mikrit ili madston (sl. 2.6.25) srednje jako, odnosno jako litificirani i dijagenetski izmjenjeni lapori koji sadrže više od 50 % kalcita, što u skladu s klasifikacijom Leightona & Pendextera (1962), kako to prikazuje sl. 2.6.24, više ne pripada sitnozrnastim klastičnim - pelitnim sedimentima, već su to "sericitni vapnenci". S obzirom na to da je struktura (tekstura) takvih stijena kriptokristalasta ili mikritna, ti vapnenci u skladu s Fo1kovom (1959) ili Dunhamovom (1962) klasifikacijom pripadaju mikritima ili madstonima (v. nastavak izlaganja). Minerali glina u laporima su, naime, na većim dubinama prekrivanja zbog povišenja temperature i tlaka, kao i u svim glinovitim sedimentima, pod- ložni dijagenetskim promjenama koje se mogu opisati kao procesi stvaranja minerala veće gustoće koji ne sadrže ili sadrže vrlo malo konstitucijske vode. To se kod sedimenata koji sadrže glinoviti matriks očituje transformacijom minerala glina iz skupine montmorilonita ili smektita, kaolinita i miješano-slojnih minerala u stabilnije minerale iz skupine ilita, klorita i muskovita.

Istraživanja promjena mineralnog sastava i stabilnosti minerala glina u ovisnosti o porastu temperature zbog povećanja dubine prekrivanja u dubokim bušotinama pokazuju da montmorilonit (smektit) i miješano-slojni minerali glina postaju nestabilni već na temperaturama između 60 i 100°C, što odgovara dubini prekrivanja od 2 do 3 km, i transformiraju se u ilit i klorit na sljedeći način (lijeva reakcija: Hower et al., 1976):

Kaolinit postaje nestabilan na temperaturama između 120 i 150OC, što odgovara dubini prekri vanja od oko 3 do 4 km, pa se transformira u ilit (desna reakcija). Oslobođeni H+ ioni pri prelasku montmorilonila (smektita) i kaolinita u ilit neutraliziraju se karbonatima. Novonastali iliti siromašni su K, pripadaju strukturnom tipu ilita 1M, a povećanjem dubine prekrivanja primaju K i prelaze u dobro kristalizirane ilite strukturnog tipa 2M. Ako porne otopine sadrže dosta K i Al, ilit se postupno na većim dubinama prekrivanja može transformirati u muskovit.

63

S obzirom na to da su kaolinit i ilit vrlo česti sastojci u detritusu lapora, taj proces obično uzrokuje sericitizaciju detritusa, odnosno pretvaranje minerala glina u sitnolistićavu nakupinu ilita i muskovita koju pri mikroskopskim istraživanjima obično, kao i kod pješčenjaka, nazivamo sericitni matriks, jer se zbog malih dimenzija listića mikroskopski ne može odrediti kojem tipu tinjaca ti listići pripadaju.

Usporedno s dijagenetskim promjenama minerala glina od lapora u marlit u pravilu raste i stupanj prekristalizacije kalcitne komponente, odnosno prekristalizacije vapnenačkog mulja ili kriptokristalastog kalcita u mikrokristalastu kalcitnu ili mikrosparitnu masu, kao i stupanj dijagenetske zrelosti organske tvari - kerogena. 2.6.2.2. Biokemijske i kemijske sedimentne stijene Biokemijske i kemijske sedimentne stijene nastaju biokemijskim i anorganskim kemijskim procesima. S obzirom na kemijski sastav bitnih petrogenih minerala i organskih sastojaka te način njihova izlučivanja i kristalizacije, dijele se na karbonatne (vapnenci, dolomiti), evaporitne (anhidrit, gips) i silicijske (čert, radiolarit, dijatomit) sedimentne stijene.

Karbonatne sedimentne stijene. U toj su skupini stijena vapnenci i dolomiti. Odnos karbonatnih sedimentnih stijena prema siliciklastičnim sastojcima (glina, prah, pijesak) prikazan je slikom 2.6.24.

Vapnenci su karbonatne sedimentne stijene pretežno organskog, a u manjoj mjeri i anorganskog podrijetla. Prevladavajući sastojak u njima je mineral kalcit. Nastali su litifikacijom ili okamenjivanjem kalcitnih taloga sastavljenih od anorganskih dijelova organizama i kalcitnog mulja. Kada predstavljaju akumulaciju anorganskih dijelova ljuštura i skeletnog detritusa, nazivamo ih organogenima. Obično ih imenujemo prema najviše zastupljenim fosilnim ostacima, primjerice: koraljni vapnenci (po sadržaju skeleta koralja), litotamnijski vapnenci (po algi litotamnijum), foraminiferski vapnenci (po foraminiferama),rudistni vapnenci (po ostacima i detritusu rudista) itd. Vapnenci se, s obzirom na mjesto gdje su nastali, dijele na morske ili marinske, slatkovodne (jezerske i riječne) i kopnene ili terigene.

Uz Folkovu klasifikaciju vapnenaca - koja se široko primjenjuje (sl. 2.6.26), postoji i Dunhamova klasifikacija vapnenaca (sl. 2.6.27).

Prema R.L. Folku, struktumi sastojci vapnenaca jesu:

- intraklasti, karbonatna zrna nastala preradom i pretaloživanjem slabije ili jače očvrsnutih karbonatnih taloga nakon njihova taloženja, različitih su dimenzija i unutarnje građe

- peleti, kuglasta do vretenasta karbonatna zrna mikritne građe s povećanim udjelom organske tvari, predstavljaju okamenjene fekalije organizama koji su se hranili muljem

- ooidi, kuglasta do jajolika zrna koja se sastoje od jezgre i koncentričnih ovoja - pizoidi, zrna oblika i veličine graška.

- onkoidi, nepravilna grudasta zrna veličine lješnjaka i oraha, redovito se nijansom boje razlikuju od osnove u kojoj se nalaze

- bioklasti, skeleti i krhotine skeleta, ljušture, anorganski dio organizama

- mikrit, sitan matriks vapnenaca, litificirani vapnenački mulj, različitog postanka (mehaničko usitnjavanje skeleta organizama, kemijsko izlučivanje pri fotosintetskom procesu biljaka, izlučivanje djelovanjem bakterija)

- sparit, prozračni kalcit nastao rekristalizacijskim procesima, predstavlja porni cement.

Na opisanim strukturnim sastojcima temelji se Folkova klasifikacija vapnenaca (sl. 2.6.26 i tabl. 2.5.10).

64

Kreda je vapnenac iz plitkih mora koji nastaje ispuštanjem karbonata iz brojnih mikroskopskih organizama. Nakupljanjem krede mogu nastati depoziti impresivnih debljina kao što su White Cliffs u Doveru, Engleska [fotografija (b)]. Klifovi su uglavnom sastavljeni od ljusaka mikroskopskih morskih životinja i biljaka [fotografija (a)] koje su se akumulirale prije 100 milijuna godina kad je svjetska razina mora porasla pa se obala Engleske našla pod vodom. (iz Chernicoff & Whitney, 2007). Foraminifere, mikroskopske morske životinje čije su ljuske od kalcijeva karbonata sastavni dio dubokih nakupina vapnenca (povećanje oko 115x). (iz Chernicoff & Whitney, 2007).

65

Tablica 2.5.10. Folkova (1959) klasifikacija vapnenaca s nadopunama po Flügelu (1982). Nazivi čestih tipova vapnenaca su masno otisnuti. (preuzeto iz Tišljar, 2001).

Slika 2.6.26. Prikaz principa klasifikacije vapnenaca po "strukturnom spektru" (Folk, 1962) na primjeru alokemijskih vapnenaca koji sadrže fosile i/ili njihove bioklaste. Princip klasifikacije je potpuno jednak i za ostale alokemijske sastojke (pelete, intraklaste, ooide i onkoide), samo se mijenja ime prevladavajućeg alokemijskog sastojka (npr. 3 = rahli pelmikrit, 5 = loše isprani pelsparit, 7 = sortirani oosparit, itd.). Preuzeto iz Tišljar (2001).

66

Folkova (1959., 1962), klasifikacija, kako spominje Tišljar (2001) primjenjuje se samo za marinske vapnence, jer njome nisu obuhvaćeni slatkovodni i terestički vapnenci kao npr. travertin, kaliće ili kalkrete i speleotemi. Folk razlikuje dvije glavne skupine karbonatnih sastojaka: alokemijske i ortokemijske sastojke.

1. Alokemijski sastojci ili alokemi (allochems) uključuju karbonatna zrna, odnosno sav karbonatni materijal koji je nastao kemijskim i/ili biokemijskim procesima unutar sedimentacijskog bazena, a koji je unutar bazena bio prenošen vodom. Alokemi su, kako ih je definirao Folk (1959), svi primarni karbonatni strukturni sastojci koji nisu litificirani na staništu i na mjestu rasta, osim karbonatnog mulja - mikrita. Autor klasifikacije razlikuje četiri bitna tipa alokema: intraklaste, pelete, ooide (ili kako ih on naziva oolite) i fosile. Pod intraklastima podrazumijeva sve vrste karbonatnih zrna nastalih razaranjem poluočvrsnutih ili neočvrsnutih intrabazenskih sedimenata, dakle intraklaste, plastiklaste, agregirana zrna i muljevite valutice (mud pebbles). U skupinu oolita Folk je uvrstio sva obavijena zrna, tj. ovamo pripadaju ooidi, pizoidi, onkoidi, kortoidi ili obavijeni bioklasti, a u pelete sva kuglasta, valjkasta ili elipsoidna karbonatna zrna kriptokristalaste unutarnje građe, tj. fekalni peleti ipeloidi. U alokemijske sastojke Folk (1959) ubraja i sve fosile, tj. cijele skelete i ljušture, kao i njihove krhotine - bioklaste - koji su pretrpjeli intrabazenski transport, lomljenje i sortiranje morskim strujama i valovima. U fosile kao alokemijske sastojke nisu uvršteni jedino skeleti litificirani na svojem staništu u položaju rasta, poput, primjefice, koraljnih, rudistnih, koralinacejskih biohermii ili biostroma i stromatolita, koji su svrstani u posebnu skupinu kao biolititi (v. tablicu 2.5.10).

2. Ortokemijski sastojci ili ortokemi (orthochems) sve su karbonatne komponente vapnenaca nastale kemijskim i biokemijskim izlučivanjima u sedimentacijskom bazenu ili u samom vapnencu kao autigeni minerali. Kao ortokeme Folk (1959) definira mikrokristalasti kalcitni mulj ili mikrit (ooze = mulj) i sparitni kalcit (sparry calcite). U mikrit Folk ubraja sve karbonatne čestice promjera <4 μm, a smatra da je nastao brzim kemijskim i/ili biokemijskim izlučivanjem iz morske vode. Nakon objavljivanja ove klasifikacije, šezdesetih i sedamdesetih godina elektronskim mikroskopskim istraživanjima utvrđeno je da se mikrit sastoji i od čestica većih dimenzija te da pretežito nastaje na druge načine, no termin mikrit se i dalje zadržao ali s novoprihvaćenim značenjem. Sparit ili sparitni kalcit (sparry = bistar, proziran) obuhvaća bistre, prozirne kristaliće kalcita promjera> 10 μm, koji su izlučeni kao cement u porama vapnenačkog taloga. Međutim, kod nekih tipova vapnenaca sparitni kalcit može nastati i procesima rekristalizacije. Folk (1959) klasiflkaciju vapnenaca temelji na tome sadrži li vapnenac ili ne sadrži mikrit, koliki je udjel mikrita i alokema te koji tip alokema prevladava u stijeni. Na osnovi međusobnih odnosa mikrita i alokema postoje tri glavne skupine vapnenaca (v. tablicu 2.5.10). Folk je 1962. godine glavne tipove vapnenaca podijelio u osam skupina s obzirom na njihove strukturno-teksturne i genetske značajke, odnosno njihov strukturni spektar (textural spectrum of limestones), koje upozoravaju na energiju i okoliš taloženja. Na osnovi međusobnih odnosa vapnenačkog mulja - mikrita, zrna ili alokema i stupnja sortiranosti, zaobljenosti i abradiranja zrna Folk (1962) razlikuje osam skupina vapnenaca od kojih su kod prve dvije zadržani isti nazivi kao kod skupina III.a i III.b klasifikacije iz 1959. godine. Na sl. 2.6.26 prikazan je princip takve podjele na primjeru vapnenaca koji sadrže fosile i/ili bioklaste.

1. skupina: mikrit ili dismikrit koji sadrži < 1 % alokema; 2. skupina: fosiliferni, peletiferni, intraklastični mikriti, tj. mikriti koji sadrže fosile, pelete, intraklaste itd., u kojima se u mikritnoj masi nalazi od 1 do 10% alokema, a vapnenac

sadrži > 2/3 mikrita; 3. skupina: rahli biomikriti (sparse biomicrite), rahli pelmikriti i sl., koji sadrže od 10 do 50% alokema, a udjel je matriksa (karbonatnog mulja/ili mikrita) > 2/3 u odnosu na

sparit; 4. skupina: zbijeni biomikriti (packed biomicrite), zbijeni pelmikriti i sl., koji sadrže >50% alokema i > 2/3 mikrita u odnosu na sparit); 5. skupina: slabo isprani biospariti (poorly washed biosparite), slabo isprani pelspariti i sl., koji sadrže podjednake udjele mikrita i sparita; 6. skupina: nesortirani biospariti, nesortirani intraspariti i sl., koji se odlikuju slabom sortiranošću alokema i sadrže više od 2/3 sparita u odnosu na mikrit; 7. skupina: sortirani biospariti, sortirani intraspariti i sl., koji se odlikuju dobrom sortiranošću alokema i sadrže> 2/3 sparita u odnosu na mikrit; 8. skupina: biospariti s dobro zaobljenim i dobro sortiranim bioklastima (rounded biosparite), intraspariti s dobro zaobljenim i abradiradim zrnima i sl., koji se odlikuju visokim

stupnjem sortiranosti, zaobljenosti i abrazije zrna.

67

Ovakvom podjelom Folk (1962) nastoji razlikovati vapnence taložene u okolišima s visokom energijom vode (skupine 6 - 8) od vapnenaca taloženih u zaštićenim plićacima i u dubljoj vodi s niskom energijom (skupine 1- 5). Slabo isprani spariti, preko nesortiranih, sortiranih sparita do sparita s visokim stupnjem sortiranosti, zaobljenosti i abradiranja zrna odražavaju porast energije vode. Genetska podjela vapnenaca po "strukturnom spektru" pokazala je dobre strane i primjenu kod 5. do 8. skupine, ali i tešku primjenu za vapnence od 1. do 4. skupine, jer su često moguća miješanja alokema podrijetlom iz visokoenergijskih okoliša (ooidi, kortoidi, zaobljeni intraklasti i bioklasti, onkoidi) s fekalnim peletima i karbonatnim muljem - mikritom u nekom drugom okolišu, npr. u plimnoj zoni pri olujnim valovima ili na obalnome licu - shoreface-u. Osim toga, rahli biomikriti, rahli pelmikriti i rahli oomikriti obično ne moraju pripadati istom okolišu niti istome energijskom facijesu.

Uz Folkovu koja se široko primjenjuje, postoji i Dunhamova podjela vapnenaca (sl. 2.6.27). Ta se podjela temelji na strukturnim značajkama. Prema njoj razlikuju se ovi osnovni tipovi vapnenaca:

Slika 2.6.27. Dunhamova (1962) klasifikacija vapnenaca snadopunama Embryja & Klovana (1972) za vapnence koji sadrže više od 10% komponenata >2 mm i vapnence baundston tipa (preuzeto iz Tišljar, 2001).

Slika 2.6.28. Shematski prikaz najčešćih tipova cemenata u vapnencima. A - Fibroznj ili vlaknasti cement. B - Mozaični ili druzni (granularni) cement. C - Grejnston cementiran najprije fibroznim ili vlaknastim a potom i mozaičnim ili druznim kalcitnim cementom. D - SintaksijaIni obrubni cement oko fragmenta bodljikaša. E . Mikrostalaktitni (viseći ili gravitacijski) cement na donjoj strani zrna, odnosno na svodu intergranularne pore. F - Meniskusni cement na kontaktima zrna (crno) i vadozni kristalni silt na dnu pora (točkasto) kao interni sediment. (preuzeto iz Tišljar, 2001). Madston (mudstone) vapnenac je sastavljen od karbonatnog mulja i manje od 10% zrna promjera između 0,03 i 2 mm. Vekston (wackestone) vapnenac je pretežito sastavljen od karbonatnog mulja i od 10 do 50% zrna koja plivaju u mulju, tj. imaju muljevitu (mud-support), a ne zrnsku potporu.

68

Pekston (packstone) sastoji se od zrna koja imaju zrnsku potporu (grain-support), tj. međusobno se dodiruju i podupiru, i od karbonatnog mulja u intergranularnim porama (sl. 2.6.27). Grejnston (grainstone) je vapnenac bez mulja, sastavljen od zrna s međusobnom potporom, a u intergranularnim porama izlučen je karbonatni. Baundston (boundstone) je vapnenac kod kojeg su primarne skeletne komponente međusobno vezane pri taloženju, tj. litificirane na svojem staništu u položaju rasta ili su pojedini sastojci vezani posredovanjem organizama već pri taloženju. Tom tipu vapnenaca pribrojeni su stromatoliti, bioherme i biostrome.

Dunhamovu klasifikaciju nadopunili su Embry & Klovan (1972) uvođenjem dvaju novih tipova stijena: floutston i radston, koji sadrže više od 10% zrna promjera >2 mm, a baundston su podijelili u tri nova tipa: baflston, bajndston i frejmston, ovisno o strukturi i načinu na koji su organizmi sudjelovali u stvaranju tih stijena (sl. 2.6.27). Floutston (floatstone) je stijena koja sadrži više od 10% komponenata većih od 2 mm koja imaju muljevitu potporu, tj. plivaju u karbonatnom mulju. Po teksturno-strukturnim odlikama floutston, dakle, odgovara vekstonu, ali sadrži zrna> 2 mm (sl. 2.6.27). Radston (rudstone) se od floutstona razlikuje po tomu što mu komponente >2 mm imaju međusobnu zrnsku potporu, a između njih izlučen je kalcitni cement, po čemu radston odgovara grejnstonu od kojega se razlikuje samo utoliko što sadrži i više od 10% zrna koja su >2 mm. Baflston (bafflestone) je poseban tip baundstona koji je nastao posredovanjem dendroidnih ili granatih organizama koji hvataju sediment (sl. 2.6.27). Bajndston (bindstone) je tip baundstona nastao posredovanjem organizama koji na sebe vežu, lijepe i inkrustiraju karbonatni mulj i sitnozrnasti sediment. To su stromatoliti nastali vezivanjem sedimenta na "algalne livade" ili cijanobakterije. Frejmston (framestone) je tip baundstona koji je sastavljen od skeletne rešetke grebenotvornih organizama, kao što su primjerice koraljni grebeni (sl. 2.6.27).

Pri primjeni Dunhamove klasifikacije nužno je u praksi radi pobliže odredbe vapnenca uz glavni naziv stijene koristiti i pridjev kojim se definira prevladavajuća vrsta zrna od koje je sastavljen vapnenac. Ako primjerice prevladavaju intraklasti koji imaju međusobnu potporu, a između njih je cement, stijena se naziva intraklastični grejnston ili, ako sadrži skelete i intraklaste, intraklastično-skeletni grejnston. Ako pak imamo podjednake količine fosila i peleta u mulju, stijena je skeletno-peletni vekston ili pekston, ovisno o tome imaju li zrna muljevitu ili zrnsku potporu. Ako vapnenac pretežito sadrži bioklaste > 2 mm, a između njih je cement, tad se stijena naziva bioklastični radston, odnosno ooidni grejnston ako sadrži ooide ili peletni grejnston ako sadrži pelete. Vapnenac koji se sastoji od rudistnih bioklasta i mikrita naziva se rudistni floutston, globigerina i mikrita globigerinski vekston, pizoida i cementa pizoidni grejnston ili pizoidni radston, itd.

Vapnenci u kojima su sastojci procesima rekristalizacije toliko izmijenjeni da tvore kalcitnu kristalastu masu, nazivaju se kristalinični vapnenci. U procesu litifikacije vapnenačkog taloga važan je proces vezivanja ili cementacije karbonatnih strukturnih sastojaka. Cementacija je proces izlučivanja kalcitnog cementa u pornom prostoru vapnenačkog taloga. Slikom 2.6.21. prikazani su tipovi cementa u vapnencima: - fibrozni ili vlaknasti, izlučuje se po površini zrna ili stijenkama šupljina u obliku vlaknastih ili igličastih kristalića - mozaični ili druzni, izlučuje se u pornom prostoru u obliku izometričnih ksenomorfnih kalcitnih kristala - sintaksijaIni obrubni, nastaje pri rastu kalcitnog obruba oko fragmenta bodljikašas istom kristalografskom orijentacijom - mikrostalaktivni, viseći ili gravitacijski, nastaje kao kora na svodovima šupljina ispod većih zrna - meniskusni, nastaje na kontaktima zrna - vadozni, nastaje unepravilnom pornom prostoru između dva zrna. Osim karbonatnih sastojaka, vapnenci mogu sadržavati siliciklastične terigene i autigene nekarbonatne minerale. Prvi su sastojci u vapnence dospjeli pri taloženju kao terigeni klasti. To su klasti kvarca, kemijski otpornih silikatnih minerala i minerali glina. Drugi su sastojci kristalizirali u vapnencima. To su, primjerice: anhidrit, gips, opal, kalcedon, kvarc, pirit itd. Autigeni pirit u obliku sitnih kuglica, zrnaca ili agregata najčešće je produkt životne djelatnosti anaerobnih bakterija.

69

Od terigenih vapnenaca spomenimo vapnenačku sedru i travertin. Vapnenačka sedra je spužvasti, izrazito porozan i šupljikav, u pravilu mekan i drobljiv vapnenac. Nastaje na slapovima krških rijeka i jezera izlučivanjem kalcita na vlatima mahovina, modrozelenim algama i vodenom bilju. Travertin je čvrsto litificirani, šupljikavi i ćelijasto građen slojeviti vapnenac. Nastao je pretežno anorganskim izlučivanjem kalcita iz toplih voda oko termalnih izvora i gejzira.

Dolomiti su karbonatne stijene sastavljene od minerala dolomita. Dolomiti su, najvećim svojim dijelom, nastali procesom dolomitizacije, ulaskom magnezijeva iona u kristalu rešetku kalcita, pri čemu astaje kalcijsko-magnezijeva dvosol. Pri dolomitizaciji nastaju idiomorfno kristalizirani romboedri dlomita. o svom postanku, dolomiti mogu biti: - ranodijagenetski, singenetski ili sinsedimentacijski, kad se dolomitizacija zbiva u evezanim, nelitificiranim talozima - kasnodijagenetski ili postsedimentacijski, kad se olomitizacija zbiva u već očvrslim vapnencima.

Postoje postupni prijelazi od čistoga vapnenca, reko dolomitiziranih vapnenaca do čistog dolomita (tabl. 2.6.11). Boja karbonatnih sedimentnih stijena ovisi o prisutnosti pigmenata. Oni su, pak, ovisni o oksidacijsko-redukcijskim uvjetima sedimentacijskog okoliša te o singenetskim i postgenetskim procesima. Glavni pigmenti karbonatnih sedimentnih stijena jesu: - organogena, bituminozna supstancija koja kamen boji različitim nijansama sive i smeđe do crne boje - hematit, koji kamen boji različitim nijansama ružičaste i crvene boje - limonitna supstancija, koja kamen boji različitim nijansama žute do smeđe boje.

Bituminozna supstancija je nepostojan pigment, pa se vapnenci obojeni njome ne upotrebljavaju u eksterijeru, već samo za oblaganje u interijerima.

Litice travrtina u Yellowstoneu. Ove naslage kalcita precipitiraju anorganski iz vruće vode (iz Chernicoff & Whitney, 2007).

Tablica 2.6.11. Podjela karbonatnih stijena prema sadržaju dolomita (prEN 12407:1996). Iz Crnković & Šarić (2003).

70

Uz kalcit i dolomit kao glavne minerale, karbonatne stijene sadrže i druge sastojke, od kojih se posebna pozornost treba posvetiti onima koji su štetni. To su prije svega sulfidni minerali pirit i markazit, minerali glina, te proslojci, leće i kvrge opalnog kalcedonskog čerta.

Upotreba karbonatnih sedimentnih stijena kao prirodnog kamena ovisi o njihovim tehničkim, odnosno fizičko-mehaničkim svojstvima te o klimatskoj otpornosti. Neke od njih, ako su nepostojane boje, upotrebljavaju se jedino za oblaganje interijera, a druge, ako nisu otporne na habanje, samo za oblaganje vertikalnih površina. Karbonatne sedimentne stijene ugrađene na pročeljima zgrada, odnosno u eksterijere, podvrgnute su djelovanju agenasa klime, te na površini patiniraju. U urbanom okolišu patina koja štiti kamen obično je zamazanosive boje jer je onečišćena česticama, u prvom redu otpadnih produkata sagorijevanja čvrstih goriva, čime je površina kamena izgubila svoju dekorativnost. Osim toga, karbonatne sedimentne stijene, pod djelovanjem urbane atmosfere i kiselih kiša, na površini se pretvaraju u kalcijev sulfat s vodom, nastaju gnijezda praškastoga gipsa koja su na površini redovito maskirana čvršćim koricama, što predstavlja ozbiljna oštećenja. Površine pročelja zgrada izvrgnute čestim udarima i mlazovima kiša redovito su svjetlije, čišće, bez veće količine spomenutih proizvoda urbane atmosfere.

Evaporitne sedimentne stijene nastale su kemijskim izlučivanjem iz prirodno visokokoncentriranih otopina zbog snažne evaporizacije ili isparavanja vode. Za njihovu kristalizaciju nužno je višestruko brže isparavanje od dotoka vode. Te stijene nastaju u područjima sa suhom i toplom klimom, u rubnim dijelovima slanih jezera, u priobalnim salinama i u zatvorenim lagunama i zaljevima.

Shematski prikaz redoslijeda izlučivanja evaporitnih taloga. Lijeva slika: (A) i rasporeda pojedinih facijesa (B) pri isparavanju morske vode u zatvorenom taložnom sustavu u ovisnosti od smanjenja početnog volumena morske vode normalnog saliniteta i porasta njezine gustoće. Izlučivanje halita zbiva se unutar svake pojedine faze (facijesa) i prikazano je u postocima ukupno izlučenog ha1ita. K-soli se izlučuju tek kad je evaporacijom volumen vode smanjen na <6% od prvobitnog volumena, a njezina gustoća povećana na > 1,257 g/cm3 (modificirano prema Einsele, 1992., preuzeto iz Tišljar, 2001). Zanimljiv prikaz eksperimenta za utvrđivanje redoslijeda izlučivanja evaporitnih taloga tijekom isparavanja morske vode - desna slika (iz Redlich, Terzaghi & Kampe, 1929).

71

U toj su skupini kemijskih sedimentnih stijena karbonati, anhidrit, gips ili sadra i različite soli. Stijene su slojevite grade i kristalaste strukture. Obično su različito obojene od primiješanih prirodnih pigmenata. Evaporitne sedimentne stijene kao prirodni kamen nemaju posebnog značenja, osim bijelog kristalastog gipsa - alabastera koji se upotrebljavao u kiparstvu.

Silicijske sedimentne stijene nastaie su biokemijskim i kemijskim izlučivanjem iz vodenih otopina koje su sadržavale silicijsku kiselinu H4SiO4. Prema podrijetlu (organsko, anorgansko), stupnju litifikacije, dijagenetskim promjenama i teksturno-strukturnim značajkama, u ovoj se skupini nalaze:

- radiolariti, guste različito obojene stijene staklastog sjaja, pretežno sastavljene od skeleta radiolarija i vlaknastih kalcedonskih agregata - spikuliti, sadrže opalne i kalcedonske spikule ili iglice spužvi - dijatomit, sadrži opalne i kalcedonske ljušture dijatomeja, - opalni i kalcedonski čert ili rožnjak sedimentnog postanka, gusti i različito obojeni agregat opala i kalcedona, često u karbonatnim naslagama

tvori proslojke, leće, nodule i kvrge (sl. 1.52.), kada je štetan zbog velikih razlika u tvrdoći rabi li sevapnenac kao prirodni kamen.

Lijevo: kamene sjekire izrađene od čerta prije 150.000 godina. Zbog oštrog ruba koji nastaje lomljenjem čerta naši predci su mnoga oruđa izrađivali od ove tvrde stijene bogate silicijem. Ove sjekire su duge oko 133 mm, a široke 63 mm (iz Chernicoff & Whitney, 2007). Desno: nodule čerta ili rožnjaka u vapnencu, južna Istra (iz Tišljar, 2001).

Silicijske sedimentne stijene kao prirodni kamennisu važne. Opalne stijene imaju pucolanska svojstva, pa se koriste kao prirodni pucolan. Dijatomit ima primjenu kao prirodni abraziv.

72

TABLA 6.2. NEKI POZNATIJI TIPOVI SEDIMENTNIH STIJENA S NJIHOVIM OSNOVNIM ZNAČAJKAMA (iz Bauer, 1985).

73

2.6.3. Metamorfne stijene Metamorfne stijene nastaju metamorfozom ili izmjenom (preobrazbom) postojećih stijena u litosferi pri promjenama fizičko-kemijskih uvjeta. Glavni činioci metamorfnih procesa jesu temperatura, tlak i kemijski aktivni fluidi. Povećanje temperature uvjetovano je geotermijskim gradijentom (srednji geotermički gradijent u litosferi približno je 25°C/km dubine) ili toplinskim zračenjem magmatskog tijela pri utiskivanju u litosferu ili trenjem masa litosfere duž dislokacijskih zona primjeri na slici. Tlak u litosferi može biti dvojak, svestrani ili hidrostatski i usmjereni ili stres.

Slika 2.6.29. Tri glavna metamorfna okruženja povezana sa subdukcijskim zonama: niska temperatura/visoki tlak, visoka temperatura/visoki tlak i visoka temperatura/niski tlak (iz Chernicoff & Whitney, 2007).

Slika 2.6.30 Duboko ukopane stijene općenito su izložene litostatskom ili hidrostatskom tlaku, koncentričnom pritisku prema unutra, sa silama koja djeluju (pritiskaju) jednakomjerno iz svih smjerova. Bilo koji objekt koji se uroni u vodu također je izložen jednakom tlaku sa svih strana (iz Chernicoff & Whitney, 2007).

Slika 2.6.31 (a) Stijena koja je izložena hidrostatskom tlaku ne mijenja oblik. (b) Stijena izložena usmjerenom tlaku mijenja oblik tako da postaje tanja u smeru najvećeg naprezanja te se izdužuje u smjeru okomitom na to naprezanje (iz Chernicoff & Whitney, 2007).

74

Slika 2.6.32. Paralelno cijepanje karakteristično za škriljavac (klivaž škriljavaca) nastaje zbog folijacije. Orijentacija čestica gline i pločastih tinjaca unutar ploča škriljevca koja je okomita na usmjereni tlak apliciran za vrijeme metamorfizma određuje smjer cijepanja (iz Chernicoff & Whitney, 2007). U uvjetima hidrostatskog tlaka (slike 2.6.30 i 2.6.31)nastaju metamorfne stijene koje se odlikuju homogenom teksturom. Djelovanje usmjerenog tlaka očituje se u intenzivnom drobljenju, ali i prekristalizaciji minerala po Rieckeovom principu: Na mjestu većeg tlaka mineral se otapa, a na mjestu manjeg tlaka kristalizira. U tom procesu nastaju škriljave teksture, sa subparalelnim prostornim rasporedom pločastih i listićavih minerala (v. slike 2.6.31 i 2.6.32). Glavni aktivni fluid u metamorfnim procesima je voda, koja može biti trojakog podrijetla:

- meteorska ili konatna voda u porama sedimentnih stijena - voda iz hidratnih minerala, primjerice minerala glina - juvenilna voda iz magmatskih tijela, koja sadrži i druge lako hlapljive i reaktivne tvari.

Metamorfne stijene, nastale prekristalizacijom minerala bez taljenja, mogu biti raznovrsnih struktura, od kojih ćemo spomenuti samo neke:

• granoblastična, kad se stijena sastoji od minerala približno istih dimenzija, takvom strukturom od likuju se mramor i kvarcit (sl. 2.5.7.a)

75

• lepidoblastična, kad se stijena sastoji od listićavih minerala, kao, primjerice, tinjčev škriljavac ili mikašist (sl. 2.5.7.b) • nematoblastična, kad se stijena sastoji od štapićastih minerala, kao, primjerice, amfibolit • porfiroblastična, kad stijena sadrži krupnije porfiroblaste u sitnijoj osnovi, kao, primjerice, okcasti gnajs s porfiroblastima mikroklina u sitnijoj osnovi

kvarca, feldspata i tinjca.

Metamorfoza može biti (vidi sliku s ilustracijama, na kojoj su opisane različite vrste metamorfizma; iz Chernicoff & Whitney, 2007):

• kataklastična ili kinetička, pri nižim temperaturama i snažnom stresu, kad prevladava kataklaziranje ili drobljenje sastojaka

• termalna, pri visokim temperaturama i relativno niskom tlaku, važna za kontaktnu metamorfozu u obodu omotača magmatskih tijela

• dinamotermalna ili regionalna, djelovanjem povećane temperature i tlaka, uglavnom stresa, kad nastaju stijene izrazite škriljave teksture, kristalasti škriljavci

• plutonska, pri vrlo visokoj temperaturi i jakom hidrostatskom tlaku u dubljim dijelovima litosfere, gdje metamorfoza već graniči s pretaljivanjem ishodišnih stijena. Manje spominjane metamorfoze su:

• šok-metamorfoza (opažena npr. na mjestima udara meteorita) i • pirometamorfoza (opažena npr. na mjestima udara munja –

visoka temperatura, nizak pritisak).

Metamorfoza može biti progradna i retrogradna.

Pri progradnoj metamorfozi nastaju nove mineralne asocijacije s mineralima koji kristaliziraju pri višim temperaturama negoli su bili sastojci prvobitne stijene prije metamorfoze. Primjer progradne metamorfoze je metamorfoza glinovitih sedimenata, kada nastaju filiti, pa tinjčasti škriljavci i konačno gnajs.

Pri retrogradnoj metamorfozi nastaju nove mineralne asocijacije s mineralima koji kristaliziraju pri nižim temperaturama negoli su bili sastojci prvobitne stijene prije metamorfoze.Primjer retrogradne metamorfoze je metamorfoza gabra u zeleni škriljavac.

S obzirom na uvjete pritiska i temperature u litosferi, možemo razlikovati tri zone, koje su prikazane u tablici 2.6.11. Karakteristično je da metamorfne stijene različitoga mineralnog sastava postižu ravnotežu tijekom metamorfizma u nekim određenim, dovoljno

76

širokim granicama tlaka i temperature, pri čemu nastaju uvijek iste mineralne zajednice. S tim u svezi definiran je pojam metamorfnih facijesa, u kojima nastaju stijene različitog kemijskog sastava u određenim fizičkim uvjetima. Koncepcija o metamorfnim facijesima primijenjena je za genetsku klasifikaciju metamorfnih stijena. Zato se u petrologiji metamorfnih stijena sve se više i upotrebljava razlikovanje metamorfnih stijena prema (sl. 2.6.33). metamorfnim facijesima s kritičnim mineralnim asocijacijama karakterističnim za odgovarajuće uvjete tlaka i temperature. Tako je za visoke temperature (800-1000°C) i niske tlakove karakterističan sanidinitski facijes. Za postupne poraste temperature i tlakova karakteristični su ovi facijesi: facijes zelenih škriljavaca, epidot-amfibolitski facijes, granulitski facijes i eklogitski facijes (sl. 2.6.34). S obzirom na vrstu i intenzitet metamorfoze, metemorfne stijene su podijeljene u sljedeće skupine:

Slika 2.6.33. Odnosi dubine, tlaka i temperature koji dovode do stvaranja uobičajenih metamorfnih stijena. Iz ovakvog dijagrama trebalo bi iščitati informacije poput: Na kojim temperaturama i pod kojim tlakom se stvara stijena blueschist? Koje vrste metamorfnih stijena nastaju pri 500°C i pritiska 3 kb. (iz Chernicoff & Whitney, 2007).

Slika 2.6.34. Shematski prikaz područja postanka metamorfnih stijena s obzirom na porast tlaka i temperature s porastom dubine zalijeganja kao i zagrijavanja magmom (iz Tišljar, 1999).

Slika 2.6.35. Važniji metamorfni facijesi u ovisnosti o tlaku, temperaturi i dubini (prema A.A. Saukovu; iz Lapinskaja & Prošljakov, 1974. – nešto modificirano preuzeto iz Šestanović, 2001). 1. Kataklastiti, nastali mehaničkom deformacijom pod djelovanjem stresa, prekristalizacija je slabije izražena. U ovoj su skupini: miloniti, zdrobljene stijene u granulirani agregat, nastali u zonama dislokacijskih metamorfoza, te filoniti, škriljave stijene nastale drobljenjem kvarc-feldpatskih stijena, feldspati su sericitizirani, a obojeni minerali kloritizirani. 2. Hornfelsi ili korniti, nastali su kontaktnom metamorfozom. 3. Mramori, nastali su kontaktnom ili regionalnom metamorfozom vapnenaca i dolomita. U ovoj su skupini cipolino, mramor, koji uz kalcit sadrži i tinjce, te ofikalcit, agregat kalcita i serpentina. 4. Kvarciti, nastali kontaktnom i regionalnom metamorfozom kvarcnog pješčenjaka. 5. Škriljavci niskog stupnja metamorfizma, nastali regionalnom metamorfozom, odlikuju se škriljavom teksturom i ponajprije lepidoblastičnom strukturom. U ovoj su skupini argilošist, filiti (sericitski i kloritski škriljavci) i zeleni škriljavac. 6. Škriljavci srednjeg i visokog stupnja metamorfizma, nastali regionalnom i plutonskom metamorfozom. U ovoj su skupini amfibolit, gnajs i granulit.

77

Sl. 2.6.36. Klasifikacijski dijagram za metamorfne stijene s podjelom na temelju mineralnog sastava (kvarc, karbonati, feldspati, tinjci i klorit, amfiboli, epidot - prEN 12407:1996).

2.6.37.

. 2.6.38.

Metamorfne se stijene mogu klasificirati i prema mineralnom sastavu, kako je to prikazano slikom 2.6.32. Kao prirodni kamen često posebnih dekorativnih svojstava, u svijetu se eksploatira znatan broj metamorfnih stijena, prije svega različiti varijeteti mramora (sl.2.6.37) zatim gnajs (sl.2.6.38), kvarcit i serpentinit.

Tablica 2.6.11. Značajke metamorfnih zona u litosferi (iz Crnković & Šarić, 2003).

78

TABLA 6.I. NEKI POZNATIJI TIPOVI METAMORFNIH STIJENA S NJIHOVIM OSNOVNIM ZNAČAJKAMA (iz Bauer, 1985).