TAJEMNICZY GRANIT

Opisem skał zajmuje się Petrografia. Petrologia wyjaśnia warunki powstawania skał i ich przeobrażeniami. Podstawowe znaczenie ma nauka zajmująca się minerałami, czyli Mineralogia.

Skały są utworzone z minerałów. W budowie skorupy ziemskiej ma udział ponad trzy tysiace minerałów. Minerały mają stan krystaliczny, co oznacza, że atomy pierwiastków tworzących dany minerał można opisać geometrycznie w formie sieci przestrzennej. Skład mineralny danej skały w głównej mierze pozwala identyfikować i następnie je klasyfikować. Minerały z których zbudowane są skały nazywamy minerałami skałotwórczymi. Jest ich około 250. Sa to m.in. skalenie, kwarc, łyszczyki (mika), kalcyt, magnetyt, gips, halit, pirokseny, amfibole.

Skorupa ziemska zbudowana jest z mas skalnych. Wyróżniamy trzy typy skał: skały magmowe, osadowe i przeobrażone. Dominujacy typ skał stanowią wytwory działalności magmy w skorupie ziemskiej oraz jej wylewy (lawa) lub wyrzuty; lawa spadająca na powierzcnię (skały piroklastyczne). Skały magmowe dzielimy na skały głębinowe, hipabysalne (zakrzepłe na średnich głębokościach), subwulkaniczne (skały zakrzepłe w pobliżu powierzchni ziemi) i wylewne (wulkaniczne). Odmienne warunki panujące w czasie zastygania magmy decydują o sposobie krystalizacji minerałów tworzacych daną skałę.
Wyróżniamy minerały pierwotne, krystalizujace z magmy i minerały wtórne, które są produktem późniejszych procesów.
Skały magmowe, powstałe na dużych głębokościach w skorupie ziemskiej, zawierają minerały dobrze wykrystalizowane, które z reguły można stosunkowo łatwo rozpoznać. Są to struktury jawnokrystaliczne (fanerytowe) i struktury skrytokrystaliczne, które można rozpoznać przy pomocy mikroskopu.

Skały, które określa się wspólnym terminem granitoidy: tonalit, granodioryt, adamelit, granit. Stanowią one ponad 90% występujacych skał głębinowych. Przeciętny skład minerałów głównych w tonalicie to plagioklaz (53%), skaleń potasowy (2%),kwarc (24%), w granodiorycie odpowiednio (45%), (15%), (21%), adamelicie (38%),(28%), (26%), granicie (26%), (32%), (32%). W języku technicznym skały te mają ogólną nazwę granity ponieważ tworzą makroskopowo podobną grupę skał.
Minerały jasne są zasobne w SiO₂ i Al₂O₃ występują w kwarcu i skaleniach. Kwarc (SiO₂) jest pospolitym składnikiem skał zwięzłych i okruchowych. Jest przezroczysty; bezbarwny, ale też występują liczne odmiany kolorowe, barwy mlecznobiałej, żółtej, fioletowej, różowej, ciemnobrunatnej.
Skalenie tworzą grupę czternastu minerałów o różnym składzie chemicznym i różnej symetrii. Stanowią 50% skorupy ziemskiej. Wśród skaleni wyróżnia się: skalenie potasowe K(AlSi₃O₃), skalenie sodowo-wapniowe (plagioklazy) i inne występujące rzadziej. Plagioklazy w granitoidach mają najczęściej barwę mlecznobiałą, ale też szarą, zielonawą. Barwa różowa częściej występuje u skalenia potasowego.
Minerały ciemne zasobne są w FeO, Fe₂O₃, MnO i MgO. Najpospolitszym minerałem ciemnym jest biotyt. Tworzy widoczne makroskopowo blaszki ciemne, rzadziej zielone. Biotyt zawierający wrostki cyrkonu ma charakterystyczne obwódki pleochroniczne.
Ponadto w granitoidach w znacznie mniejszej ilości występują amfibole, pirokseny, muskowit. Wśród granitów można wyróżnić pewne charakterystycze odmiany. Wynika to ze specyfiki składu chemicznego. Minerały poboczne występują w granitoidach wraz z minerałami głównymi, ale w znacznie mniejszej ilości. Najpospolitszymi minerałami pobocznymi są: cyrkon, apatyt, magnetyt. Minerały akcesoryczne (dodatkowe) nie są stale związane z minerałami głównymi występującymi w granitach. Pojawiają się niekiedy dość obficie i wtedy uwaględniane jest to w nazewnictwie odmiany granitu, np.granit turmalinowy. Granity alkaliczne zawieraja tylko skalenie alkaliczne. Granity zwyczajne zawierają podrzędne ilości oligoklazu lub andezynu. Granity peralkaliczne - stosunek molekuarny Al₂O₃ jest mniejszy od sumy alkaliów (Na₂O+K₂O). Nadmiar alkaliów jest w amfibolach lub piroksenach alkalicznych. Alaskity zawierają nie więcej jak 2% minerałów ciemnych. Charnockit wyróżnia się zawartością kilku procent hiperstenu.

W opisie skał uwzględnia się strukturę i teksturę. Niekiedy terminy te zastępuje się jednym określeniem więźba. Struktura skał zależy od stopnia wykrystalizowania składników, wielkości i kształtu poszczególnych ziaren minerałów tworzących skałę. Tekstura odnosi się do sposobu przestrzennego ułożenia ziaren oraz stopnia wypełnienia przez minerały przestrzeni w obrębie danej skały. Z punktu widzenia względnej wielkości ziaren wyróżnia się struktury równo- i różnoziarniste. Jeśli ziarna minerałów w granitach są widoczne wzrokowo to mówi się o strukturze jawnokrystalicznej (fenerytowa). Strukturę skrytokrystaliczną bada się przy pomocy mikroskopu. Najbardziej rozpowszechnionymi strukturami granitów są równoziarniste i porfirowate. Odmiany równoziarniste cechuje struktura hipidiomorficzna - część ścian ziaren głównych minerałów skałotwórczych jest wykształcona w postaci odpowiadajacej formie jego kryształu - własne kształty, a inne minerały się dostosowują do nich. Kwarc i skalenie alkaliczne są o strukturze ksenomorficznej, czyli o kształtach przypadkowych, obcych danemu minerałowi. Struktura porfirowa charakteryzuje się obecnością większych ziaren minerałów tkwiących w bardziej drobnoziarnistej masie. Minerały akcesoryczne ciemne i plagioklazy tworzą zazwyczaj ziarna idiomorficzne. Tekstura najczęściej jest bezładna, rzadziej bywa równoległa. Charakterystyczne granity ze względu na tekstuturę to granity kuliste (orbikularne) o strukturze sferycznej. Występuje też dość osobliwa struktura pismowa utworzona ze specyficznych przerostów kwarcu i skalenia. Przekroje tych zrostów przypominają pismo hebrajskie.

Cechą charakterystyczną nie tylko granitoidów, ale ogólnie skał magmowych jest cios. Skały są poprzecinane spękaniami w dwóch lub więcej kierunkach. Występujący cios podłużny i poprzeczny pozwala wydobywać regularne bloki skalne nawet do kilkunastu metrów sześciennych. Skały o ciosie nieregularnym i mniejszych gabarytach wykorzystywane są powszechnie w budownictwie i przy budowie dróg. Przykładem skał z wyraźnie zaznaczonym ciosem są cenione granity Strzegomia i Strzelina oraz w Karkonoszach.

Kształtowanie się skał może następować w wyniku procesów magmowych, diagenezy, metamorfizmu oraz metasomatozy. Diagenezę odnosi się do konsolidacji osadów. Nagromadzone osady ulegaja działaniu czynników fizycznych i chemicznych w określonych warunkach środowiskowych. Ciśnienie i temperatura w prosesie diagenezy niewiele różnią się od tych, w jakich zostały nagromadzone osady.
Osady i skały poddane dużemu ciśnieniu i wysokiej temperaturze ulegają procesowi metamorfizmu. Następują daleko idące zmiany i tworzą się nowe minerały kształtujące daną skałę w stosunku do materiału wyjściowego.
Metasomatoza jest to przebrażenie minerałów i skał składnikami chemicznymi doprowadzonymi z zewnątrz. Wynik metasomatozy zależy od temperatury i ciśnienia oraz od bilansu składników będących w bezpośrednim otoczeniu. Rozkład pierwotnych minerałów i tworzenie się nowych trwa do czasu osiagnięcia równowagi chemicznej w danym środowisku. Panuje przekonanie, że obecnie występujące granitoidy powstały głównie przez metasomatozę (granityzację) starszych skał. Niewielka część granitoidów jest produktem krystalizacji i różnicowania składników magmy na dużych głębokościach.

Badając niektóre skały pod mikroskopem, pod koniec XIX wieku, stwierdzono w minerałach występowanie aureoli o średnicy ok. 10 do 40 μm. Jak się później okazało aurole te występuja w ponad czterdziestu minerałach. Niewiele minerałow nadaje się do precyzyjnego przygotowania preparatów, tak aby można było zaobserwować strukturę wewnętrzną aureoli. Najlepsze efekty obserwacyjne uzyskuje się w biotycie, fluorycie, kordiorycie. Już wkrótce powiązano występowanie aureoli z rozpadem promieniotwórczym niektórych izotopów pierwiastków. Alfa emisja cząstek o masie 4, odpowiadającej pierwiatkowi helu, podczas rozpadu izotopu danego pierwiastka, daje wizualny efekt aureoli sferycznej. Liczne typy radioaktywnych atomów występują w naturze, ale tylko trzy tworzą serię następujacych po sobie przemian jąder tych pierwiastków w inne tworząc swoiste łańcuchy przemian. Izotop uranu 238 (²³⁸U) przechodzi poprzez izotopy Th, Ra, Rn, Po aż do izotopu ²⁰⁶ Pb. Podobnie izotop ²³⁵ U kończy serię przemian na izotopie ²⁰⁷ Pb, a izotop ²³² Th do izotopu ²⁰⁸ Pb. Rozpad promieniotwórczy izotopów pierwiatków tworzy specyficzny wzór (swoisty ślad w skale), który pozwala jednoznacznie zidentyfikować izotopy poszczególnych pierwiastków ulegających rozpadowi. Wieloletnie badania Roberta Gentrego, przeprowadzane w latach sześćdziesiatych XX wieku na około 100 tys. preparatów sporządzonych głównie z prekambryjskich granitów, dały zaskakujący wynik. Doniosłość odkrycia Gentrego polega na tym, że stwierdził występowanie charakterystycznych pierścieni występujących w tych aurolach, które według obecnej wiedzy można tylko przypisać izotopom polonu. Obserwowane przez Roberta Gentrego izotopy polonu (²¹⁰ Po o połowicznym rozpadzie 138 dni; ²¹⁴ Po o połowicznym rozpadzie 164 ms i ²¹⁸ Po o połowicznym rozpadzie 3 min.) mogły pozostawić swe specyficzne aureole tylko w już uformowanej skale. Stawia to pod wielkim znakiem zapytania słuszność przyjętego obecnie kosmologicznego modelu formowania się Ziemi.

Adam Piestrzyński, Wybrane materiały do ćwiczeń z petrografii rud, Wydawnicwo AGH, Kraków 1992.

Andrzej Bolewski, Andrzej Maniecki, Rozpoznawanie minerałów, Wydawnictwa Geologiczne, Warszawa 1987.

Andrzej Bolewski, Włodzimierz Parachoniak, Petrografia, Wydawnictwa Geologniczne, wyd. drugie, Warszawa, 1982.

Robert V. Gentry, Radioactive halos, Annual Review of Nuclear Science, Volume 23, 1973.

Robert V. Gentry, Radiohalos in a radiochronological and cosmological perspective, Science, Volume 1840, 5 April 1974.