Kamnine

atomi se združijo v elemente

elementi tvorijo spojine

.

minerali tvorijo kamnine

elementi in spojine se združijo in tvorijo minerale

kamnine tvorijo Zemljo

Kamninski cikel

preperevanje

metam

orfoza

pritis

k, te

mpe

ratu

ra

sedimentne metamorfne

magmatske

sedimentne metamorfne

magmatske

Tektonika plošč

Magmatske kamnine

kisle srednje bazične ultrabazične

skupina granitska, sienitska dioritska gabrska peridotitska

globočnine granit, grandiorit tonalit, diorit gabro, čizlakit peridotit sienit

predornine riolit, dacit, trahit andezit bazalt, diabaz

minerali (%) 30 kremen 10 kremen 0 0 60 K-glinenci 10 K-glinenci 0 0 < 5 Na-plagioklazi 50 Na-Ca plagio. 45 Ca-plagiokl. 10 Ca-plagiokl. sljude, amfiboli sljude, amfiboli sljude, amfiboli sljude, amfiboli <5 pirokseni 30 pirokseni 55 pirokseni 90 pirokseni

druge SiO2 >75% 60 % 50% <45% lastnosti

vsebnost SO2, Na2O, K2O se manjšajovsebnosti CaO, MgO, FeO se večajoodpornost na preperavanje se veča

Ca-plagioklaziNa-plagioklazitemne kamnine 3300 kg/m3

svetle kamnine 2600 kg/m3

Kristalenje mineralov iz ohlajajoče se magme

• magma je talina sestavljena predvsem iz 8 elementov

(O, Si, Al, Fe, Mg, Ca, K, Na)

• magma ne kristali naenkrat,

najprej nastanejo mikrokristalna jedra, ki rastejo dokler se ne dotikajo,

nato pride do kristaljenje drugje, kar omogoči nastanek mozaika

• počasno kristaljenje - debelozrnata struktura,

hitrejše ohlajevanje - drobnozrnata struktura,

zelo hitro ohlajevanje - steklasta struktura

Kristalenje mineralov iz ohlajajoče se magme

• če v magmi že kristalijo minerali z najvišjim tališčem in nato pride

taka magma na površje in se hitro ohladi nastane porfirska struktura

s kristaljenimi vtrošniki v nekristaljeni mikrokristalni strukturi

• zaporedje kristaljenja je določil Bowen (1922) obstajata dve seriji

• diskontinuirana serija – prvo nastale faze s topljenjem prehajajo v nove faze z različno sestavo

• kontinuirane serije – plagioklazovi (feldsparovi) kristali se po sestavi neprestano spreminjajo s topljenjem

Bowenova reakcijska serija

olivin Ca plagioklaz (feldspar)

piroksen Ca-Na plagioklaz (feldspar)

amfibol Na-Ca plagioklaz (felspar)

biotit Na-plagioklaz (feldspar)

K-glinenci

muskovit

zeoliti

kremen

tem

pera

tura

for

mac

ije n

arašča

stab

ilnos

t ze

mel

jske

ga p

ovrš

ja n

arašča

1500 oC

600 oC

Diagram Zemljine notranjosti

skorja0 do 40 km

0°C

zgornji plašč40 do 670 km

1.000°C

spodnji plašč670 do 2,890 km

2.000°C

zunanja sredica2,890 do 5,150 km

3.700°C

notranja sredica5,150 do 6,370 km

4.300°C

Kristalenje mineralov iz ohlajajoče magme

• talina ki ostane, ko se iz magme izkristalizirajo mafični minerali

in plagioklazi vsebuje veliko redkih elementov, vode in plinov, ki

se ne vključijo v kristalne rešetke

• prisotnost vode in plinov pri visokem tlaku

omogoča prenos ionov iz velike razdalje,

kar omogoča nastanek zelo velikih kristalnih jeder (pegmatiti)

• nekatere pegmatite lahko ekonomsko

izkoriščamo

pegmatit

Vrste magme

• kisla (SiO2, Al2O3, K2O, Na2O)

• mafična (CaO, MgO, FeO)

• mafična magma je osnovna, ker nastane z delnim preperevanjem

ultramafičnega Zemeljskega plašča, do pretaljevanja prihaja v

astenosferi

• magma kisle in srednje sestave nastane z diferenciacijo osnovne

mafične kamnine in delnim pretaljevanjem kamnin (če iz osnovne

magme izkristali olivin in Ca-plagioklaz)

Kristalenje mineralov iz ohlajajoče magme

• med globočninami je najbolj pogost granit, ki je produkt

diferenciacije kislih sestavin vtisnjenih v litosfero

• nastaja z izhajanjem vode in delnim pretaljevanjem

podrivajoče se oceanske skorje pod celinsko (pretaljevanje

zgornjega plašča)

• ker je kisla in hladnejša,

taka magma ne pride do površine

granit

Kristalenje mineralov iz ohlajajoče magme

• med predorninami je najpogostejši bazalt, ki nastane s hitrim

ohaljevanjem (skrepenenjem) magme na površju

• zelo pogost je zato, ker sestavlja oceansko skorjo

• ves čas nastaja v srednje oceanskih hrbtih (robovih priraščanja)

bazalt

Metamorfne kamnine

• metamorfne kamnine nastanejo s spremembo predhodnih

kamnin (magmatskih, sedimentnih in metamorfnih)

• pride do spremembe strukture zaradi rekristaljenja, ne pride pa

do kemijske spremembe

• poteka ob prisotnosti vode in plinov (CO2, CH4) ob povečani

temperaturi (>200 oC) in povečanem tlaku (107 - 108 Pa)

glinavci filiti, blestniki, gnajsi

apnenci marmorji

kremenovi peščenjaki kvarciti

Metamorfne kamnine

glinavci filiti, blestniki, gnajsi

apnenci marmorji

kremenovi peščenjaki kvarciti

marmorkvarcitskrilavec

Metamorfne kamnine

• temperaturni gradient: z globino temperatura narašča 2.5 - 3 oC/100m

• metamorfne spremembe so dogajajo na globini od 10 km do globine nastajanja magme (50 - 250 km)

• vroča magma lahko povzroči metamorfne spremembe pri prodiranju na površje

• zaradi povišane temperature minerali prekristalijo v visoko temperaturne različke (npr. amfibol v piroksen)

• sprosti se voda (dehidratacija) in kremenica

Metamorfne kamnine

• geostatični pritisk pritiska na telo enakomerno iz vseh strani in se z globino povečuje

• manj gosti minerali se prekristalijo v bolj goste (npr. amfibol 2000-

3400 kg/m3 v granate 3800-4000 kg/m3)

• granati so najbolj pogoste metamorfne kamnine

• usmerjeni pritisk povzroči deformacijo kamnine (npr. prodniki v

konglomeratu se raztegnejo v smeri delovanja pritiska)

• usmerjeni pritisk povzroča nastanek skrilavosti (rast minerala

pravokotno na pritisk)

• usmerjeni pritisk povzroči ločevanje svetlih in temnih mineralov

Metamorfne kamnine

• sproščena vodna para prenaša in pospeši prenos mineralov na mesto kristaljenja

• zniža temperaturo tališča mineralov

• poveča magmatske procese (pozitivna povratna zanka)

Stopnja metamorfoze

Stopnja metamorfoze je odvisna od temperature in pritiska. Iz iste

izvorne kamnine lahko nastane cela serija.

glinavec metamorfni skrilavec filit

blestnik gnajs migmatit granat

bazalt kloritov skrilavec amfibolit eklogit

• metamorfne kamnine nastajajo zelo počasi.

• granat raste s hitrostjo 1,4 mm/milijon let

skrilavec

blestnik

gnajs

granat

filit

metamorfoza

Metamorfne kamnine

kamnina minerali izvorna kamnina

skrilavec sljude (muskovit, biotit glinavec, laporovec, drobno klorit) kremen, glinenci zrnate magmatske kamnine

filit sljude, kremen, glinenci glinavec, laporovec, skrilavec

gnajs kremen, glinenci, sljude glinavec, laporovec, mešani granati, pirokseni, peščenjaki, vse magmatske amfiboli kamnine, skrilavec, filit

marmor kalcit, dolomit apnenec, dolomit, konglomerati, breče,peščenjaki

kvarcit kremen kremenov konglomerat, peščenjak, roženec

skarn Ca,Mg silikati, kalcit hidrotermalne raztopine v granati, pirokseni apnencu in dolomitu

Sedimentne kamnine

Sedimenti ali usedline so nevezani materiali, ki nastanejo z

odlaganjem erodiranih produktov preperevanja (drobcev

kamnin, primarnih in sekundarnih mineralov) in z obarjanjem iz

vodnih raztopin topnih produktov preperevanja.

Sedimentne kamnine

• procesi, ki sodelujejo pri nastanku sedimenta so vezani na

Zemljino površino

• procesi, ki spremenijo nevezani sediment v kamnino potekajo,

ko je sediment pokopan pod mlajši sediment

a še vedno blizu površja

• sedimentne kamnine so najpogostejše kamnine Zemeljskega površja,

kjub temu da predstavljajo le 5 % vseh kamnin

• v Sloveniji sedimentne kamnine gradijo 90 % ozemlja

Sedimentna okolja

Kontinentalna okoljaaluvijpuščavajezeraledeniki

Obalna okoljadeltaobalaobmočje delovanja plimeMorska okoljakontinentalna policakontinentalni naklonkoralni grebenigloboko morje

Aluvialna sedimentna sekvenca

Sedimenti odloženi z vijuganjem reke tvorijo različne sekvence v

različnih delih struge. Če struga migrira se sediment nalaga v plasteh.

Sekvenca je ciklična, cikel se zaključi, ko se konča poplava reke.

rafiniranjesedimenta v smeri navzgor tvori sekvenco

Sedimentna sekvenca v delti

Kompleksno okolje zaradi kombinacije vpliva reke in

morja. Zaradi periodične opustitve kraka delte pride

do cikličnega nalaganja sedimenta.

aktivna delta

morski skrilavec

en delta cikel

opuščen krak delte

Sedimentna sekvenca v oceanu

Tokovi sortirajo sediment v različne skupine

obala oceanska polica

peščenjakiskrilavec apnenec

vidna zrna

kremen, plagioklazi, rezistentni minerali

glineni delci

glineni minerali, železovi oksidi

v raztopini

CaCO3, CaMg/CO3)2, CaSO4, NaCl, SiO2

kemijski in biokemijski sedimentiklastični sedimenti

Sedimentni cikli v oceanu

Sedimentne kamnine

• so plastovite in vsebujejo fosile

• mineralna sestava odseva sestavo izvornih kamnin

• sestavljene so iz kombinacij delcev, primarnih in sekundarnih mineralov ter mineralnih veziv

• prevladujejo kremen, glineni minerali, kalcit in dolomit

• vsebujejo veliko primesi (predvsem železa in organske snovi)

Procesi pri nastanku sedimentnih kamnin

• preperevanje; nastanejo trdni in topni produkti, če ostanejo na

mestu nastane laterit, če pride do interakcije z živim nastanejo tla

• transport; topni produkti so odnešeni v podtalnico reke, morja, trdni

produkti premeščeni s silo teže, ledeniki, vetrom

• usedanje ali sedimentacija; najpogosteje v vodi, na kopnem jih odnaša

erozija, v morju nalagajo se v vodoravnih rahlo nagnjenih plasteh

• vezanje ali litifikacija oziroma diageneza

Vezanje - litifikacija ali diageneza

• vezava poteka s fizikalnimi, fizikalno-kemičnimi in biokemičnimi procesi

• teža mlajših plasti povzroči kompakcijo, delci so obrnejo z daljšimi osmi pravokotno na smer pritiska

• iztisnejo se plini in raztopina v porah

• poveča se gostota

• poroznost in prepustnost se zmanjšata

• iz nasičene raztopine, ki pronica skozi sediment se obori cement

• najpogostejši cement je kalcit in kremenica v manjši meri železovi oksidi in glineni minerali

Cementiranje delcev v sedimentu

• cement zapolni pore med odloženimi delci in jih poveže v trdno kamnino

• cement se obarja kot prevleka na delcih

• nastanejo mostički

• mostički povežejo dotikajoča se zrna

• sčasoma se celotna pora zapolni s cementom

Diagenetski proces: cementiranje

Precipitacija novih mineralov

cementiran peščenjakrahel pesek običajni cement

- železov oksid- kalcijev karbonat- minerali glin- kremenica

Diagenetski proces: rekristalizacija

Nova kristalna plast precipitira na obstoječem mineralnem zrnu

rahel pesek cementiran peščenjak

= isti mineral

Tako nastane močan kvarcit iz precipitata kremenice na kremenastih zrnih

Mineralna sestava sedimentnih kamnin

• prepereli primarni minerali - predvsem kremen

• prepereli sekundarni minerali (glineni minerali, oksidi, hidroksidi in

karbonati)

• sedimentnim kamninam nastalim z usedanjem delcev pravimo

klastični sedimenti

• v kemičnih sedimentih z obarjanjem nasičenih raztopin nastajajo

kalcit, halit, silvin, anhidrid, sadra, fosfati

Struktura sedimentnih kamnin

• strukturo sedimentne kamnine določa velikost, oblika in

medsebojni prostorski odnosi med zrni, ki kamnino sestavljajo

• glede na velikost delcev ločimo

- prod (>2 mm)

- pesek (0.05 do 2 mm)

- melj (0.002 - 0.05 mm)

- glina (< 0.002 mm)

• v sedimentni kamnini lahko opazimo prod in pesek

Sortiranost sedimentnih kamnin

• sortiranost sedimentne kamnine pove kako homogeni so delci v kamnini

• reka dobro sortira, odlaga delce, ki jih ne more več prenašati,

najprej odloži prod, potem pesek, melj,

glinene delce običajno odnese v morje

• veter omogoča nastanek dobro sortiranih sedimentov

• blatni tok slabo sortira

• ledenik slabo sortirajo odloženi material

• sortiranost pove veliko o okolju odlaganja

Zaobljenost sedimentnih kamnin

• delci, ki nastanejo s fizikalnim preperevanjem, so oglati (npr. grušč v melišču)

• transport z vodo, ledeniki ali delovanje valov zaobli delce

• daljši kot je transport bolj zaobljeni bodo delci

Plastovitost sedimentnih kamnin

• tanke plasti imenujemo plošče, debele skladi

• kamnine, ki nastajajo z ritmičnim odlaganjem tankih plasti (<10mm) različnih barv so laminarne, vsaka plast predstavlja eno epizodo odlaganja

• nekatere plasti imajo valovito površino (v vodi, vetru)

• plasti nastajajo vodoravno

• zaradi gubanja in gorotvornih procesov so lahko plasti kamenine tudi v drugih orientacijah

• skrilavost je posledica majhnih usmerjenih pritiskov, kar omogoča cepljenje in razkol v posamezne skrile

Razdelitev sedimentnih kamnin

MEHANSKE ALI KLASTIČNE KEMIČNE

nevezane grušč pesek melj glina prod lapor

vezane breča peščenjak meljevec glinavec konglomerat laporovec

biokemične kemične

apnenc halit kreda silvin dolomit sadra roženec anhidrid

sigalehnjak fosforit

PIROKLASTIČNE

nevezane vulkanske vulkanski pepel bombe, lapili prah

vezane vulkanska breča tuf, tufit

Klastične sedimentne kamnine

• v brečah in konglomeratih so grušč oziroma prod povezani s karbonatnim, kremenčevim, glinenim ali železovim vezivom

- breča je sprimek ostrorobega grušča ali kamnitega drobirja

- konglomerat sprimek zaobljenih kamnov

• peščenjaki so povezani s kremenovim ali kalcitnim vezivom

• meljevci so najpogosteje sestavljeni iz kremenovih in sljudinih zrn

• gline so večinoma glineni minerali nastali s preperevanjem alumosilikatov, magmatskih in metamorfnih kamnin

• glinavci nastanejo z diagenezo glin, glina s primesmi kalcita ali dolomita se imenuje lapor, glinavci s cementnim vezivom pa laporovci

Sedimentne kamnine

brečaostrorobi fragmenti

konglomeratzaobljeni fragmenti

peščenjak

glinavec

groba zrna vidna s prostim očesomfina zrna vidna s povečevalnim steklom (10x)

zrna niso vidna s povečevalnim steklom (10x)

zrna vidna s prostim očesom

Piroklastične sedimentne kamnine

• usedline vulkanskega izvora

• nastanejo z izbruhom in usedanjem vulkanskega prahu in večjih

delcev vulkanskih bomb in lapilov

• piroklastičen tok je hiter tok vulkanskega prahu pomešan z ledeniško

vodo

Kemične sedimentne kamnine

• apnenci nastajajo: kemično in biokemično (biološko)

• biološki so sestavljeni iz mikrokristalnega kalcita, ki izvira iz skeletov

• okrog toplih mineralnih izvirov ali z obarjanjem na rastlinah nastane lehnjak

• nepovezan apneni sediment iz ostankov iglokožcev in foraminifer in drobnega kalcita je kreda

• cianobakterije obarjajo apnenec na površini stromatolitov

• v koralnih grebenih nastaja kalcijev karbonat

Kemične sedimentne kamnine

• kemično se apnenec obarja iz vode zaradi dviga temperature, v

hladni vodi je topen

• z delovanjem valov nastanejo koncentrične plasti kalcita (ooidi)

• v jamah se kalcit obarja kot jamska siga

• z globino oceana se temperatura spušča in v globini 4000 do 5000 m

ne najdemo več kalcita

• na globokomorskem dnu ne najdemo apnenčastih sedimentov

Nastanek apnenčaste kamnine

• alga Halimeda, iz raztopine jemlje Ca, s katerim izdela kalcitni skelet

• dokler je alga živa je zaradi klorofila zelena, ko odmre,

ostane z razgradnjo organskega materiala kalcitni CaCO3

• na dnu se nabere bela usedlina, ki se premika po dnu, dokler ni

dovolj pritiska ali mikrokristalnega kalcitnega cementa, ki poveže

apnenec v sedimentno kamnino

Kemične sedimentne kamnine

• dolomit ne nastane neposredno z obarjanjem iz vodne raztopine

• nastane s prekristaljenjem kalcita v apnencu

• do tega pride, če skozi apnenčast sediment pronica raztopina bogata

z magnezijem

• ta proces se imenuje dolomitizacija

• pri dolomitizaciji pride do prekristalizacije in fosili se ne ohranijo