ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΟ ΕΚΠΑΙΔΕΥΤΙΚΟ ΙΔΡΥΜΑ ΑΘΗΝΑΣ ΣΧΟΛΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΩΝ ΕΦΑΡΜΟΓΩΝ ΤΜΗΜΑ ΠΟΛΙΤΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΚΑΙ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΤΟΠΟΓΡΑΦΙΑΣ & ΓΕΩΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗΣ ΤΕΧΝΙΚΗ ΓΕΩΛΟΓΙΑ 3. Ορυκτά Πετρογραφία Διδάσκων: Μπελόκας Γεώργιος Επίκουρος Καθηγητής Δρ Πολιτικός Μηχανικός Ε.Μ.Π. MSc Soil Mechanics Imperial College London Διπλ. Πολιτικός Μηχανικός Ε.Μ.Π. Εξάμηνο 2ο
Ορυκτό: Είναι φυσικής προέλευσης Είναι στερεό Έχει καθορισμένη (σταθερή) χημική σύσταση και δομή Απαντάται στο έδαφος, στο υπέδαφος ή, υπό μορφή διαλύματος, στο νερό. Αποτελεί συστατικό των πετρωμάτων του στερεού φλοιού της Γης. Τα υγρά και αέρια (π.χ. πετρέλαιο και φυσικό αέριο) δεν είναι ορυκτά, διότι δεν είναι στερεά. Ειδική περίπτωση: απολιθώματα οργανικής προέλευσης. Στην πάροδο εκατομμυρίων ετών τα οργανικά συστατικά αντικαθίστανται από ορυκτά και έτσι έχουμε ορυκτά που στο σύνολό τους διατηρούν τη μορφή των οστών. Ορυκτό αλάτι (αλίτης): Ασβεστίτης. Βραζιλία:
ομή ορυκτών: Κρυσταλλική: τα ιόντα, τα άτομα ή μόρια έχουν συγκεκριμένη διάταξη η οποία εμφανίζεται σε επαναλαμβανόμενες τρισδιάστατες ομάδες (σώματα που στερούνται τέτοιας δομής (π.χ. γυαλί, οπάλιος κ.λπ.) είναι άμορφα στερεά). Υπάρχουν 32 κρυσταλλικές τάξεις που ταξινομούνται σε 7 κρυσταλλικά συστήματα: Κυβικό (b): π.χ. χαλκός, αλάτι Εξαγωνικό (h): π.χ. χαλαζίας Ρομβοεδρικό (g) Τετραγωνικό (c): π.χ. ρουτίλιο Ορθορομβικό (d): π.χ. βαρίτης, σελεστίνης Μονοκλινές (e): π.χ. αζουρίτης Τρικλινές (f): π.χ. κυανίτης
Ομάδες ορυκτών: Τα 94 χημικά στοιχεία έχουν πάνω από 4000 γνωστά ορυκτά. 12 χημικά στοιχεία συγκροτούν το 99.23% του φλοιού της γης. Αυτά τα 12 στοιχεία συγκροτούν περί τα 250 ορυκτά που λέγονται πετρογενετικά ορυκτά. Χημικό στοιχείο Ποσοστό εμφάνισης (%) Χημικό στοιχείο Οξυγόνο 45.20 Κάλιο 1.68 Πυρίτιο 27.20 Τιτάνιο 0.86 Αργίλιο 8.00 Υδρογόνο 0.14 Σίδηρος 5.80 Μαγγάνιο 0.10 Ασβέστιο 5.06 Φώσφορος 0.10 Μαγνήσιο 2.77 Λοιπά στοιχεία 0.77 Νάτριο 2.32 Πηγή: ούτσος Θ. (2014) Ποσοστό εμφάνισης (%) Τα περισσότερα ορυκτά ανήκουν στις ακόλουθες κατηγορίες:
Ομάδες ορυκτών: 1. Πυριτικά ορυκτά: προκύπτουν από την ένωση οξυγόνου με πυρίτιο. Αποτελούν το 90% της μάζας του φλοιού και το 100% του στερεού τμήματος του μανδύα (ανώτερος μανδύας) Σχηματίζουν κύβους, οκτάεδρα, δωδεκάεδρα και συνδυασμούς τους. Ορισμένες φορές καλείται Fools Gold λόγω της ομοιότητας στο χρώμα και το σχήμα με το χρυσό.
Ομάδες ορυκτών: 2. Οξείδια: αποτελούν τη δεύτερη πιο συχνή ομάδα μετά τα πυριτικά. Magnetite and pyrite from Piedmont, Italy Τυπικά παραδείγματα: Μαγνητίτης (Fe 3 O 4 ) Σχεδόν σε όλα τα πυριγενή και μεταμορφωμένα πετρώματα A fine textured sample, ~5cm across Brazilian trigonal hematite crystal Αιματίτης (Fe 2 O 3 ): μαύρος, καφέ, κόκκινος. Εφαρμογές: παραγωγή σιδήρου, κοσμήματα. Κασσιτερίτης (SnO 2 ): παραγωγή μπρούντζου, επιμετάλλωση Σωρός σε χαλυβουργία Κασσιτερίτης με μοσχοβίτη
Ομάδες ορυκτών: 3. Σουλφίδια: τα μεταλλικά κατιόντα συνδέονται με κατιόν θείου (S 2 ) Τυπικά παράδειγματα: πυρίτης (FeS 2 ), γαληνίτης (PdS), σφαλερίτης (ZnS), χαλκοπυρίτης (CuFeS 2 ) 4. Ανθρακικά ορυκτά: δομούνται από το ανιόν (CO 3 2- ) και ένα ή δύο κατιόντα Τυπικά παράδειγματα: Ασβεστίτης (CaCO 3 ): δίνει ασβεστολίθους (πέτρωμα) Εφαρμογές: βελτίωση εδαφών, επισκευές σκυροδέματος Κρύσταλλοι ασβεστίτη Calcite in the form of oolitic limestone from Bedford, Indiana. Specimen is about four inches (ten centimeters) across.
Ομάδες ορυκτών: 4. Ανθρακικά ορυκτά: δομούνται από το ανιόν (CO 3 2- ) και ένα ή δύο κατιόντα Τυπικά παράδειγματα: ολομίτης (CaMg(CO 3 ) 2 ), εφαρμογή: αδρανές σκυροδέματος Κρύσταλλοι ασβεστίτη Dolostone from Lee, Massachusetts. The "sugary" sparkle displayed by this rock is caused by light reflecting from tiny dolomite cleavage faces. This specimen is approximately 4 inches (10 centimeters) across.. Γύψος (CaSO 4 2OH), εφαρμογή: κιμωλία πίνακα, λίπασμα Calcite in the form of chalk from Dover, England. Specimen is about 4 inches (10 centimeters) across. Καθαροί κρύσταλλοι γύψου
Ομάδες ορυκτών: 4. Ανθρακικά ορυκτά: δομούνται από το ανιόν (CO 2-3 ) και ένα ή δύο κατιόντα Τυπικά παράδειγματα: Απατίτης (Ca 5 (PO 4 ) 3 (F, OH)), φωσφορικό άλας. Σπανιότερα απαντώνται ορυκτά που προέρχονται από τα «ευγενή στοιχεία»: Χρυσός Άργυρος Λευκόχρυσος ιαμάντι
Αναγνώριση ορυκτών: Η ασφαλής αναγνώριση απαιτεί ενόργανη ανάλυση, προσδιορισμούς με το πετρογραφικό μικροσκόπιο και ανάλυση με ακτίνες Χ. Στο ύπαιθρο ο γεωλόγος είναι αναγκασμένος να ανγνωρίσει τα με βάση τις φυσικές τους ιδιότητες που απορρέουν από τη χημική τους σύσταση και την εσωτερική τους οργάνωση. Οι φυσικές ιδιότητες είναι: Κρυσταλλικό σχήμα: έχουμε ήδη αναφερθεί Χρώμα: ιδιοχρωματικά ορυκτά (έχουν σταθερό χρώμα), αλλοχρωματικά (το χρώμα επηρεάζεται από τις προσμίξεις). Συνεπώς, το χρώμα από μόνο του δεν είναι αξιόπιστο στοιχείο αναγνώρισης ορυκτών. Λευκοκρατικά ορυκτά (ανοικτού χρώματος): π.χ. άστριοι, χαλαζίας, μοσχοβίτης Μελανοκρατικά ορυκτά (σκούρου χρώματος): π.χ. πυρόξενοι, αμφίβολοι, βιοτίτης, ολιβίνης
Αναγνώριση ορυκτών: Λάμψη: Μεταλλική: ορυκτά με λαμπρή εμφάνιση (π.χ. σιδηροπυρίτης, γαληνίτης, κ.λπ.) που δίνει την εντύπωση μετάλλου. Μη μεταλλική: συνήθως στα ανοικτόχρωμα και διαφανή ορυκτά. Περιγραφικοί όροι λάμψης: υαλώδης, αδαμαντώδης, ρητινώδης, στεατώδης, μαργαριταρώδης, μεταξώδης. Χρώμα γραμμής σκόνης: εμφανίζεται όταν χαράξουμε το ορυκτό σε αστίλβωτη επιφάνεια λευκού πορσελάνινου πλακιδίου. Το χρώμα γραμμής ορυκτού είναι πιο σταθερό από το χρώμα του ορυκτού. ιαφανή και ημιδιαφανή ορυκτά: λευκή γραμμή σκόνης Σκούρα ορυκτά μη μεταλλικής λάμψης: δίνουν χρώμα γραμμής πιο ανοικτό του χρώματός τους. Σκούρα ορυκτά μεταλλικής λάμψης: χρώμα σκουρότερο χρώματός τους
Αναγνώριση ορυκτών: Σκληρότητα: είναι η αντίσταση σε χάραξη μιας λείας επιφάνειας του ορυκτού Προσδιορίζεται με εφαρμογή της σκληρομετρικής κλίμακας Mohs: εμπειρική κλίμακα 10 ορυκτών που είναι έτσι διαταγμένα, ώστε το προηγούμενο να χαράσσει το επόμενο. Σκληρότητα < 2: χαράσσεται από το νύχι Σκληρότητα < 6: χαράσσεται από μαχαίρι Σκληρότητα > 6: το ορυκτό χαράσσει το γυαλί Κλίμακα Ορυκτό 1 Τάλκης 2 Γύψος 3 Ασβεστίτης 4 Φθορίτης 5 Απατίτης 6 Άστριος 7 Χαλαζίας 8 Τοπάζι 9 Κορούνδιο 10 ιαμάντι
Αναγνώριση ορυκτών: Σκληρότητα: είναι η αντίσταση σε χάραξη μιας λείας επιφάνειας του ορυκτού
Αναγνώριση ορυκτών: Σκληρότητα: είναι η αντίσταση σε χάραξη μιας λείας επιφάνειας του ορυκτού
Αναγνώριση ορυκτών: Σχισμός: είναι η τάση να διαχωρίζεται σε καθορισμένα επίπεδα της κρυσταλλικής δομής του μετά από μηχανική κρούση. Η γωνία που σχηματίζουν διαφορετικές επιφάνειες σχισμού μπορεί να εφαρμοστεί για τον προσδιορισμό των ορυκτών. Θραυσμός: υλικά που δεν σχίζονται επειδή οι κρυσταλλικοί δεσμοί είναι το ίδιο ισχυροί προς όλες τις διευθύνσεις (π.χ. χαλαζίας) σπάνε σε τυχαίες επιφάνειες. Ανάλογα με τη μορφή της επιφάνειας υπάρχουν διάφορα είδη θραυσμού. Ειδικό βάρος: Προσδιορίζεται εύκολα στο εργαστήριο, εκτιμάται εμπειρικά με ζύγισμα στο χέρι στην ύπαιθρο.
Πετρώματα Πέτρωμα: συσσωμάτωμα ενός ή περισσοτέρων ορυκτών. Το ορυκτό εντός του συσσωματώματος δεν χάνει τις ιδιότητές του. Υπάρχουν οι ακόλουθες τρεις μεγάλες κατηγορίες πετρωμάτων: Πυριγενή πετρώματα: προέρχονται από τη στερεοποίηση του μάγματος. Π.χ. γρανίτες, τόφφοι. Ιζηματογενή πετρώματα: προέρχονται από τη λιθοποίηση (διαδικασία διαγένεσης) ιζηματογενών εδαφών. Π.χ. κροκαλοπαγές, ιλυόλιθος, μάργα, ασβεστόλιθος, γύψος. Μεταμορφωμένα πετρώματα: προέρχονται από τη μεταμόρφωση προϋπάρχοντων πετρωμάτων αλλάζει διάταξη ορυκτών (ζωνώδης ή σχιστοφυής ιστός) ή/και την ορυκτολογική τους σύσταση. Π.χ.: Μάρμαρο, σχιστόλιθος, χαλαζίτης.
Στους βράχους οι κόκκοι συνδέονται με ισχυρούς δεσμούς, σε αντίθεση με τα εδάφη τα οποία, σε αντίθεση με τους βράχους, με ανάδευση σε νερό και απλή μηχανική διασπώνται στους κόκκους που τα συνθέτουν. Στα γεωυλικά (πετρώματα και εδάφη) επιβάλλονται ενδογενείς και εξωγενείς διεργασίες που επηρεάζουν την κατάστασή τους: Εξωγενείς διεργασίες: αποσάθρωση, διάβρωση, μεταφορά (μέσω αέρα, νερού κ.λπ.) και απόθεση. Μετά από λιθοποίηση δημιουργούνται τα ιζηματογενή πετρώματα. Οι διεργασίες αυτές τείνουν να εξομαλύνουν το ανάγλυφο της Γης (π.χ. επιφάνεια Σελήνης). Ενδογενείς διεργασίες: είναι αποτέλεσμα της κίνησης των λιθοσφαιρικών πλακών: α) σχηματισμός και ανύψωση πυριγενών πετρωμάτων στην επιφάνεια της Γης β) βύθιση πυριγενών και ιζηματογενών πετρωμάτων σε βαθύτερα τμήματα του φλοιού όπου μεταμορφώνονται, γ) ανάτηξη μεταμορφωμένων πετρωμάτων με αύξηση θερμοκρασίας και σχηματισμός μάγματος και μετά την ψύξη του πυριγενές πέτρωμα.
Ο γεωλογικός κύκλος των γεωυλικών: