IZVORI, SASTAV I DINAMIKA MINERALNE SASTAVNICE TLA MINERALI - MINERALI I STIJENE - petrogeni minerali

Transcript

1 1 IZVORI, SASTAV I DINAMIKA MINERALNE SASTAVNICE TLA - MINERALI I STIJENE - petrogeni minerali MINERALI 2 primarni minerali sekundarni minerali pedogeni minerali postojanost minerala 3 minerali prema prozirnosti: prozirni neprozirni minerali prema boji: salski femski značaj mineralnog sastava stijena i tla 1

2 Kemizam Zem. kore 1 Minerali u Zemljinoj kori 2 [mas. %] [vol. %] Oksidi Vrsta minerala SiO 2 60,18 plagioklasi 39 Al 2 O 3 15,61 kvarc 12 Fe 2 O 3 3,14 K-feldspati 12 FeO 3,88 pirokseni 11 MgO 3,56 tinjci 5 CaO 5,17 amfiboli 5 Na 2 O 3,91 minerali glina 4,6 K 2 O 3,19 olivin 3 TiO 2 1,06 kalcit, dolomit 2 P 2 O 5 0,3 magnetit 1,5 ostali minerali 4,9 4 5 Maseni Obujamni Atomski Element Simbol udjel udjel udjel [%] kisik O 46,6 93,8 60,5 silicij Si 27,7 0,9 20,5 aluminij Al 8,1 0,8 6,2 željezo Fe 5,0 0,5 1,9 kalcij Ca 3,6 1,0 1,9 natrij Na 2,8 1,2 2,5 kalij K 2,6 1,5 1,8 magnezij Mg 2,1 0,3 1,4 svi ostali elementi 1,5 3,3 6 - struktura minerala u najvećoj mjeri ovisi o veličin atoma / iona koordinacijski broj kationa - efektivni ionski polumjer (Pauling): Si 0,041 nm - 4 O Al 0,050 nm - 4 i 6 O Mg 0,065 nm Fe 0,076 nm Na 0,095 nm Ca 0,099 nm K 0,133 nm - 8 O O 0,140 nm 2

3 silikati oksidi i hidroksidi karbonati nitrati fosfati i njihovi analozi (arsenati i vanadati) sulfati i njihovi analozi (telurati i selenati) jodati borati molibdati i volframati sulfidi i njihovi analozi (arsenidi, antimonidi, bizmutidi, teluridi, selenidi) halidi (kloridi, fluoridi, bromidi, jodidi i hidrohalidi) organski spojevi samorodni elementi i slične tvari (zlato, srebro, platina, dijamant, grafit, sumpor, bakar, nitridi, karbidi, fosfidi i silicidi) SILIKATI / ALUMOSILIKATI -Najzastupljeniji minerali u Zemljinoj kori - više od 75 % litosfere 8 Da bi bio stabilan unutar strukture kristala, Si-O tetraedar mora: (1) biti uravnotežen s pozitivno nabijenim ionima; ili (2) dijeliti atome kisika sa susjednim tetraedrima čime se smanjuje potreba za pozitivno nabijenim ionima. 9 Nezosilikati - (grč. nesos = otok) olivin, cirkon primjer: Olivin - (MgFe) 2 SiO 4 3

4 10 Sorosilikati (grč. soros = gomila, grupa) - dva tetraedra meďusobno povezana preko zajedničkog kisika - epidot Ciklosilikati - (grč. kyklos = krug) - minerali prstenaste rešetke kod kojih su meďusobno povezana 3, 4 ili 6 tetraedara u prsten tako da su im zajednička 3, 4 ili 6 kisika - beril, turmalin Inosilikati - lančasti silikati - (is, inos grč.= vlakno, nit) - Jednostruki lančasti - pirokseni, augit, - Dvostruki lančasti - amfiboli, hornblenda, Filosilikati - prstenasta (plošna) struktura - (grč. phyllon = list) -svaki tetraedar dijeli po tri iona kisika sa susjednim tetradrima mreža - tinjci, minerali gline, serpentini, Tektosilikati - struktura prostorne rešetke (grč. tekton = graditelj) -SiO 4 tetraedri su povezani u prostornoj rešetci preko svoja 4 kisika - feldspati Strukture silikatnih minerala Struktura izoliranih SiO 4 tetraedara Jednostruka lančasta struktura Dvostruka lančasta struktura Prstenasta (plošna) struktura Struktura prostorne rešetke Primjer 11 Grupa olivina SILIKATI Grupa piroksena Grupa amfibola Grupa tinjaca Grupa feldspata a) PETROGENI SILIKATI 12 Kvarc Feldspati - Si- tetraedri - izomorfna zamjena Si sa Al - 4 Si tetraedra imaju formulu Si 4 O 8 - jedan Si zamijenjen s Al pa je formula -AlSi 3 O 8 - KAlSi 3 O 8 - ortoklas - NaAl Si 3 O 8 - albit - CaAl 2 Si 2 O 8 anortit - plagioklas - izvor bazičnih kationa - potencijalni izvor gline 4

5 13 Olivini - 4 slobodne veze zasite se Mg 2+ i Fe 2+ ionima - (Mg,Fe) 2 SiO 4 - izomorfna smjesa forsterita (Mg 2 SiO 4 ) i fajalita (Fe 2 SiO 4 ) - slaba veza Mg-Fe - lako se raspadaju - vrlo niski sadržaj Al (<1 % Al 2 O 3 ) slabi doprinos tvorbi min. glina 14 Pirokseni i amfiboli - inosilikati - Pirokseni - jednostavan tetraedarski lanac enstatit Mg 2 Si 2 O 6, hipersten (Fe,Mg) 2 Si 2 O 6, diopsid (Ca,Mg) 2 Si 2 O 6, te augit i dijalag koji su vrlo složenog kemijskog sastava - Amfiboli - dvostruki tetraedarski lanac aktinolit, hornblenda - otporniji od piroksena 15 tetraedrijska mreža oktaedrijska mreža di- (Al) tri- (Mg, Fe) 5

6 16 Tinjci (liskuni) - mreže slojevi - dvomrežni slojevi (1:1) - tromrežni (2:1) slojevi - K- ion - muskovit (Al), glaukonit, illit - biotit (Fe i Mg), flogopit, lepidolit - otporniji su od amfibola - značajan izvor K i minerala glina muskovit 17 flogopit paragonit klorit (klinoklor, pennantit, penninit,...) 18 6

7 19 titanit, cirkon, turmalin, granat, epidot, sericit, pirofilit, talk, zeoliti b) MINERALI GLINA filosilikati 20 pretežno kristalna graďa (naizgled amorfni) pretežno slojeviti minerali ili filosilikati debljine pretežno ispod 1 m nastaju pri polaganoj razgradnji primarnih minerala hidratizirani aluminijevi silikati SiO 2 :Al 2 O 3 = R, a kreće se najčešće izmeďu 2 i 3 mreže- SiO 4 i Al(O-OH) 6 preko zajedničkog kisikova atoma izgraďuju slojeve (dvoslojne, troslojne i četveroslojne) kristal minerala gline slojeva Kaolinitska skupina minerala - kaolinit - halloysit - dickit - nakrit Illitska skupina minerala - illit - glaukonit Smektiti - montmorillonit - nontronit - beidelit - saponit - hectorit vermikulit pedogeni klorit paligorskit i sepiolit alofan, imogolit i hisingerit 21 7

8 Kaolinit 22 Si 4 Al 4 O 10 (OH) 8 kisela reakcija vodikova veza (most) izmeďu slojeva: čvrsta veza u dodiru s vodom ne bubri debljina listića do 0,5 μm, rijeďe i nekoliko μm 23 Halloysit Si 4 Al 4 O 10 (OH) 8 4H 2 O izmeďu dvomrežnih slojeva je jedan sloj H 2 O ako je temperatura zraka iznad 50 C, odnosno relativna vlažnost ispod 50 %, halloysit gubi meďuslojnu vodu i prelazi u metahalloysit (proces je ireverzibilan) prostor izmeďu baza slojeva je 1 nm za halloysit, a 0,72 nm za metahalloysit. ne bubri 24 8

9 Illit 25 Si 8 (Al,Mg, Fe) 4~6 O 20 (OH) 4 (K,H 2 O) 2 srodan muskovitu, iz kojeg najčešće nastaje najrasprostranjeniji tip minerala gline tla bogata kalijem tetraedrijska zamjena Si-Al i oktaedrijska Al-Mg višak negativnog naboja kompenziran K + ionom debljina sloja 0,9-1,0 nm, a meďuslojni razmak 0,35 nm slojeva, 0,1-0,3 μm glaukonit Smektiti (montmorilonit, nontronit, beidelit) 26 Si 8 Al 4 O 20 (OH) 4 nh 2 O alkalna i neutralna reakcija listasti oblik kisikova veza izmeďu slojeva van der Waalsove sile razmicanje oktaedrijska zamjena (Mg) n H 2 O i kationi bubrenje i sorpcija debljina sloja 1,0 do 1,9 (2,0) nm, a meďuslojni razmak 0,35 do 1,5 nm nontronit oktaedrijska zamjena Fe debljina izmeďu 0,002 i 0,15 µm Vermikulit 27 sličan jei montmorilonitu i ilitu debljina sloja je od 1 do 1,4 nm izmjenjivi kationi Ca 2+ i Mg 2+ i dva sloja vode izmeďu tromrežnih slojeva Klorit (pedogeni) strukturna rešetka je četveroslojna izmeďu troslojnih lamela je još jedan sloj gibsita ili brucita gotovo da ne bubri 9

10 28 Paligorskit - Mg-Al filosilikat Sepiolit - Mg filosilikat Alofan, imogolit i hisingerit - parakristalasti, hidratizirani alumosilikati 29 Mineral glina Površina m 2 /g Kapacitet zamjenjivih kationa (cmol (+) kg -1 ) Kaolinit Klorit Illit Montmorillonit Nastanak i transformacija minerala glina 30 vrsta izvornog minerala kemizam sredine - kisela sredina kaolinit kisela sredina s puno otopljenih org. tvari nema argilogeneze prisustvo pojedinih iona u otopini (K, fe, Mg, Ca,...) klima i dreniranost slaba drenaža, Ca, Mg montmorillonit stupanj transformacije sialitno trošenje stvaraju se minerali gline feralitno trošenje nakupljaju se oksidi Al i Fe (tropi) 10

11 OKSIDI I HIDROKSIDI najrašireniji primarni oksid kvarc sekundarni: Al-, Fe-, Mn-, Si-, Ti-, 31 a) SI- OKSIDI skupina KVARCA kvarc opal, kristobalit, tridimit, sek. kvarc, kalcedon b) Al- OKSIDI (i oksihidroksidi i hidroksidi) 32 korund, bemit, dijaspor gibbsit, bayerit, c) Fe- OKSIDI (i oksihidroksidi) 33 trošenje minerala oksidacija željeza različite razine hidratiziranosti boja goethit (α-feooh) hematit (α-fe 2 O 3 ) lepidokrokit (γ-feooh), maghemit (γ-fe 2 O 3 ), ferihidrit (5Fe 2 O 3 9H 2 O), redukcija u anaerobnim uvjetima mobilizacija 11

12 d) Mn- OKSIDI 34 pretežno tamno smeďi do crni piroluzit braunit birnesit todorokit jaki oksidansi e) Ti- OKSIDI 35 pokazatelj trošenja i starosti tla rutil, anatas, brukit, ilmenit KARBONATI, SULFATI, SULFIDI, FOSFATI 36 najrašireniji su kalcit - CaCO 3 i dolomit - (CaMg(CO 3 ) 2 siderit (FeCO 3 ) - u anaerobnim uvjetima tla anhidrit - CaSO 4 i gips - CaSO 4 2H 2 O pirit i markazit - FeS 2 (anaerobni uvjeti), greigit - Fe 3 S 4 (bakterijska aktivnost) apatiti - Ca 5 [(F,Cl,OH)(PO 4 ) 3 ], vivijanit - Fe 3 (PO 4 ) 2 8 H 2 O (močvarno tlo) 12

13 37 EKOLOŠKI ZNAČAJ MINERALNOG SASTAVA TLA pokazatelj kemizma petrogeni minerali izvor hraniva i sekundarnih minerala utjecaj na prirodu krute faze tla polimineralnost postojanost minerala STIJENE MAGMATSKE STIJENE 39 - nastaju kristalizacijom minerala iz prirodne silikatne taljevine magme ili u slučaju kada magma izbije na površinu Zemlje lave - podjela: prema brzini hlaďenja magme / lave, prema kemizmu i prema mineralnom sastavu 13

14 Prema masenom udjelu SiO 2 Prema mjestu postanka Efuzivne Prema glavnim mineralima Intruzivne GRANIT RIOLIT kvarc %, K-feldspat = Na-plagioklas, tinjci 40 KISELE (> 60 % SiO 2) NEUTRALNE (52 60 % SiO 2) ADAMELIT DELENIT kvarc %, K-feldspat > Na-plagioklas GRANODIORIT DACIT kvarc %, Na-plagioklas + Na-Ca-plagioklas > K-feldspat, biotit, hornblenda KVARCDIORIT kvarc, Na-plagioklas + Na-Ca-plagioklas > K-feldspat, DACIT (TONALIT) biotit, hornblenda kvarc, K-feldspat = Na-plagioklas, biotit, hornblenda, MONCONIT LATIT ILI TRAHIANDEZIT piroksen Na-plagioklas i Na-Ca-plagioklas %, amfibol, DIORIT ANDEZIT piroksen SIJENIT TRAHIT K-feldspat %, hornblenda, biotit, piroksen ALKALIJSKI SIJENIT FONOLIT nefelim, analcim, sodalit, hornblenda, biotit, pirokseni BAZIČNE (45 52 % SiO 2) ULTRABAZIČNE (< 45 % SiO 2) ULTRAMAFITNE (< 45 % SiO 2, > 8 % Fe-Mg do 32 %MgO) GABRO NORIT PERIDOTIT DUNIT LERCOLIT HARCBURGIT PIROKSENITI BAZALT DIJABAZ DOLERIT SPILIT BAZALT PIKRIT KIMBERLIT Ca-plagioklas %, pirokseni (augit, hipersten), malo hornblrnde i biotita s olivinom ili bez olivina Ca-plagioklas, piroksen (hipersten) s olivinom ili bez olivina olivin, jedan ili više piroksena pretežito Mg-olivin, malo piroksena olivin, broncit, dijalag piroksen, olivin monoklinski piroksen (augit, diopsid, dijalag) SEDIMENTNE STIJENE - trošenje (mehaničko, kemijsko) prenošenje i taloženje i moguća litifikacija 42 a) KLASTIČNI (MEHANIČKI) SEDIMENTI Veličina čestica Psefiti (ruditi) (>2 mm) Psamiti (areniti) (2-0,063 mm) Alevroliti (siltovi) (0,06 0,002 mm) Peliti (lutiti) (<0,002 mm) Oblik čestica Nezaobljen e čestice Zaobljene čestice Nevezane čestice Poluvezane čestice Vezane čestice sedimentiti Drobina ili kršje Breča ili kršnik Šljunak, sipar Konglomerat ili valutičnjak Pijesak Pješčenjak, arkoza, grauvaka, kalkaernit Prah, mulj Prapor (les) Prahovnjak (siltit), muljnjak Glina, lapor Glinac (npr. lapornjak), glinjak (npr. glineni škriljavac, brusilovac ili šejl) 14

15 43 fliš prapor (les) lapor piroklastične stijene klastični vapnenci B) KEMIJSKE I BIOKEMIJSKE SEDIMENTNE STIJENE 44 karbonatni sedimenti vapnenac dolomit bigar travertin sige silicijski sedimenti rožnjak evaporiti ahidrit gips halit C) REZIDUALNE SEDIMENTNE STIJENE 45 akumulacija otpornijih minerala pri trošenju izvornih stijena lateriti boksiti organogeni sedimenti akumulirani organski ostaci treset ugljen gvano 15

16 3. METAMORFNE (PREOBRAŢENE) STIJENE 46 - izokemijska metamnorfoza - alokemijska metamorfoza - visoke temperature i tlakovi - regionalna (dinamotermalna) metamorfoza tlak koji obuhvaća veliku površinu (škriljavci - filit, grinšist, talkšist, amfibolski škriljavac, gnajs, serpentinit iz amfibolita) - retrogradna metamorfoza ortometamorfiti (ortoškriljavci) - progradna metamorfoza parametamorfiti (paraškriljavci) - dislokacijska (kataklastična) metamorfoza - pritisak na površini (kataklaziti, miloniti) - kontaktna (termalna) i hidrotermalna metamorfoza - kontakt stijena s magmom (mramor, kvarcit, kornit, sepentinit iz peridotita) - plutonska metamorfoza (ultrametamorfoza) eklogiti, migmatiti 4. ANTROPOGENI SUPSTRATI 47 - graďevinski otpad - otpad - pepeo - komunalni mulj, - industrijski mulj 16