�ltal�nos f�ldtan

							              Földtani ismeretek


2. témakör:
          Ásványtani és kőzettani alapok
              Előadó: Dr. Cserny Tibor egyetemi docens
            Témakör vázlat

• Ásványtani ismeretek:
  –   Fogalom, összetétel
  –   Kristálytani csoportosítás
  –   Fizikai és kémiai tulajdonságok
  –   Az ásványok keletkezése
• Kőzettani ismeretek:
  –   Fogalom, a kőzetek körforgása
  –   Magmás kőzetek
  –   Üledékes kőzetek
  –   Metamorf kőzetek
       Ásványtani alapismeretek
• Ásvány: meghatározott kémiai összetétellel és
  kristályszerkezettel rendelkező természetes eredetű
  anyag. A kőzetek építőelemei.
• Az ásványtan a földtani tudományok egyik lapvető része,
  mely foglalkozik az ásványok fizikai tulajdonságaival,
  vegyi összetételével és belső szerkezetével, valamint
  keletkezési és előfordulási körülményeivel.
• Az érc elsősorban gazdaságföldtani fogalom. Minden
  olyan ásvány vagy kőzet ércnek tekinthető, ha abból
  valamilyen fémet gazdaságosan lehet előállítani.
            Kristálytani fogalmak

• A kristály szilárd, egynemű, síklapokkal határolt,
  térrácsszerkezettel rendelkező, egyes
  sajátságaiban anizotrop anyag
• Az ásványok rendszerezésének egyik lehetséges
  alapja: a kristálytani tengelykeresztek (a, b, c és
  ezek hajlásszögei)
• A kristálytani tengelykeresztek alapján 7
  kristályrendszer és 32 szimmetriakombináció van
             Kristálytani fogalmak

                      A kristályrendszerek:
                        –   Háromhajlású (triklin)
Kristályok              –   Egyhajlású (monoklin)
Bf_33                   –   Rombos
                        –   Négyzetes (tetragonális)
                        –   Háromszöges (trigonális)
                        –   Hatszöges (hexagonális)
                        –   Szabályos
              Ásványfizika

• Az ásványok fizikai sajátosságainak
  ismerete segítséget nyújt felismerésükben
  és felhasználhatóságukhoz
• Fontosabb ásványfizikai paraméterek:
  sűrűség, szilárdság, fénytani-, hőtani-,
  mágneses- és elektromos tulajdonságok,
  radioaktivitás
                       Ásványkémia
• Napjaink ásványrendszertana a kémiai összetételen,
  ezen belül az anionok fajtáin alapul. A rendszer
  osztályai:
  –   terméselemek (nincsen anion)
  –   szulfidok és rokon vegyületek (As, Sb, Te, Se)
  –   oxidok és hidroxidok (anion O és OH)
  –   szilikátok (SiO4, helyettesítői: AlO4, OH, O, F, Cl)
  –   foszfátok és rokon vegyületek
  –   szulfátok és rokon vegyületek
  –   borátok, karbonátok, nitrátok
  –   halogenidek (sófélék)
  –   szerves vegyületek
         Az ásványok keletkezése

• Egy-egy ásvány, ásványtelep keletkezése az
  adott kiindulási anyag és a környezet fizikai-
  kémiai állapotának függvénye, törvényszerű
  következménye.

• A földkéreg (az óceáni és kontinentális kéreg)
  zömében magmás kőzetből áll, melynek közel
  99%-át 8 főelem alkotja (Goldschmidt szerint):
  O, Si, Al, Fe, Mg, Ca, Na, K.
         A földkéreg főelemei*

                       Tömeg   Atom   Térfogat
                         %      %        %




*Goldschmidt szerint
          Az ásványok elterjedése

• A természetben ismert ásványok száma több, mint
  2000 fajta.
• A földkérget alkotó kőzetek összetételében ebből
  uralkodóan mindössze 11 vesz részt. A többi
  ásvány meghatározott folyamatokhoz kötötten
  dúsulhat, és elsősorban ezeknek van gazdasági
  jelentőségük.
• Kőzetalkotó ásványok: kvarc, plagioklászok,
  ortoklász, olivin, piroxének, amfibólok, biotit,
  muszkovit, agyagásványok, kalcit, dolomit.
        Az ásványok keletkezése

• Az ásványok és ásványcsoportok
  keletkezése 3 fő folyamatba illeszthető be:
  – a magmás,
  – az üledékes és
  – a metamorf (és metaszomatikus) folyamat.
   A magmás folyamat ásványtársulásai
• A magmás folyamatban képződő ásványok (és
  kőzetek) kiindulási anyaga a nagy nyomáson és
  hőmérsékleten képlékeny, kis nyomáson folyékony,
  forró szilikátolvadék, továbbá a hűlési folyamat
  végére felszaporodó gázok és gőzök.
• Ha a köpenyből felnyomuló magma a szilárd
  kéregben reked meg, mélységi (intruzív) kőzetté
  válik, ha a szilárd kérget áttöri és a felszínre ér,
  kiömlési (vulkáni) kőzetként merevedik meg.
• A magmás kőzetek ásványos összetétele egyszerű. A
  leggyakoribb 7 ásványcsoport: kvarc, földpátok,
  földpátpótlók, piroxének, amfibólok, biotit, olivin.
    A magmás folyamat szakaszai


• Folyós magmás szakasz, előkristályosodás
• Főkristályosodás
• Utómagmás szakasz, pegmatitos-
     pneumatolitos fázis
• Hidrotermális fázis
• Vulkáni utóműködés
                Főkristályosodás
• Az ásványtársulások a szilárd kéreg magmás kőzeteit
alkotják, ércek vagy nem érces nyersanyag telepek nem
keletkeznek
• a Bowen-féle kristályosodási sorrend:
    Utómagmás szakasz (pegmatitos-
          pneumatolitos fázis)
• A kiindulási anyagai: a SiO2, Al és alkáliák, továbbá vízben,
  könnyen illókban gazdag, hígfolyós maradék magma.
• A gázzal való telítettség folyékony halmazállapotot és igen
  nagy belső nyomást eredményez.
• Hatalmas méretű ásványok keletkeznek, hasadékokban,
  telérekben, üregekben.
• Pegmatitos fázis (600-500 oC): pl. K-földpát, drágakövek-
  berill, turmalin, korund ásványok (pl. smaragd, akvamarin,
  rubin, zafír), volframit
• Pneumatolitos fázis (500-375 oC, könnyenillókban feldúsult,
  nagy nyomású szakasz): pl. ónkő, kvarc, topáz, volframit,
  uránszurokérc (gránitban keletkező greizen); illetve
  wollastonit, diopszid, gránát-csoport; továbbá a kontakt
  metaszomatikus vasércek (magnetit, hematit)
     A magmás folyamat szakaszai

• Hidrotermális fázis
  – A kiindulási anyag 370-90 oC hőmérsékletű vizes oldat,
    mely érces teléreket vagy tömzsöket hoz létre
  – A fázis gazdasági jelentősége óriási (Au+As, Cu, Pb+Zn,
    Co+Ni+Ag, Hg+Sb+As, metaszomatikus telérek)


• Vulkáni utóműködés
  – Kiindulási anyag a felszínre törő magmás származású
    forró és melegvíz, gázkitörések, melynek hőfoka <370
    oC, és SiO -ben nagyon gazdag
              2
  – Polymetallikus szulfidok, iszapvulkánok, gejzírek (víz),
    szolfatára (S), fumaróla (C, N, vízgőz), mofetta (CO2)
     Az üledékes folyamat ásványai


• A kiindulási anyag a kőzetciklusban résztvevő
  összes kőzet
• Az üledékképződés leghatékonyabb közege a víz,
  mint oldószer, szállító és ülepítő közeg
• Az élő szervezetek, mint ható tényezők
• A keletkező ásványok főképpen karbonátok,
  szulfátok, borátok, foszfátok, kloridok, továbbá
  Al, Fe, Mn és SiO2 összetételű képződmények
       Az üledékes folyamat ásványai


• A törmelékes kőzetek ásványtársulásai:
  – Értékes és ritka ásványokat tartalmaz torlat formájában,
    melyek kémiailag és fizikailag igen ellenállók, nehezen
    oldódnak, nagy keménységűek és fajsúlyúak (pl. Au, Pt,
    gyémánt és más drágakövek, ritka földfémek)
• Az oxidációs és cementációs öv ásványai:
  – A magmás szulfidércek felszínre kerülése és mállása
    következtében övezetes szerkezetű ásványtársulás jön
    létre
    Az oxidációs és cementációs öv ásványai

• Fe és Cu szulfidokból
álló oxidációs és
cementációs öv (pl.
Rudabánya)
• mangánérc-telepek
(mangánérc kalap –
piroluzit keletkezik)
• Pb és Zn szulfidokból
álló oxidációs öv (pl.
cerusszit, smithsonit jön
létre)
       Az üledékes folyamat ásványai


• A magmás kőzetek mállásából keletkező
  ásványtársulások
  – A kiindulási kőzet, a mállási helyszín klíma viszonyai
    (hőmérséklet, csapadék), az oldószer (víz) mennyiségétől
    és pH-tól, a domborzati viszonyoktól függ
  – A legkönnyebben oldódnak az alkálifémek, a Ca, Mg
  – Kisebb szállítási távolságra jut a Fe és Mn
  – Nehezen oldódik az Al (pH 5-9 között oldhatatlan), Si (pH
    7-ig alig, 7-10 között jól oldódik)
         Az üledékes folyamat ásványai
• Alumínium dús ásványtársulások
   – Q-ban szegény magmás kőzetek mállásából, a klíma és az
     oldat pH-jának függvényében bauxit, laterit vagy
     agyagásványok (pl. kaolinit, montmorillonit, illit)
     keletkezhetnek
• Kovakőzetek ásványai
   – Trópusi, szubtrópusi klíma alatt, Q és szilikátásványokból
     kalcedon
   – Tengerekben, szerves élőlények közreműködésével tűzkő,
     szarukő mészkőbe, dolomitba ágyazva
   – Élőszervezetek vázából: opál, diatomapala és radiolarit
• Vas és mangántartalmú ásványtársulások
   – Szideritgél (fehérvasérc) és limonit (gyepvasérc) esetében
     kiválásukat a CO2 csökkenése és a vasbaktériumok,
     valamint az oolitos vasércnél (sziderit, hematit, ghoethit,
     chamosit) mechanikai gócok kialakulása váltja ki.
          Az üledékes folyamat ásványai
• Karbonátos ásványtársulások
   – Az oldott szénsavtartalom csökkenésekor, vagy az oldószer
     hőmérsékletének emelkedésekor kalcit, aragonit és kisebb
     mennyisében dolomit válik ki (pl. hévforrások)
   – Vízi környezetben biogén és kemogén eredetű kalcit és aragonit
     kiválások
• Sótelepek ásványtársulásai
   – Csak meghatározott vegyi összetétel, hőmérséklet és nyomás mellett
     megy végbe
   – Tengervizek esetében: az átlagos tengervíz sótartalom 35 g/l, ennek
     3x-nál + 30oC-nál megkezdődik a sókivállás: gipsz, anhidrid, kősó,
     fedősó
   – Szárazföldi vizeknél száraz és meleg klíma esetében: Na, K, Mg
     karbonátok, nitrátok és borátok (borax, szóda, glaubersó, epsomit
• Foszforfeldúsulások
   – Biogén hatásra Ca foszfát anyagú gél (kollofán), majd apatit
     keletkezik (foszforit)
      A metamorf folyamat ásványai

• A metamorf ásványképződéseken belül a nyomás és
  hőmérséklet növekedése alapján három típus
  különíthet el:
  – Kontakt metamorfózis ásványai (itt a hőhatás dominál)
  – Diszlokációs (nyomás) metamorfózis
  – Regionális (területi) metamorfózis (nagy nyomás és
    hőmérséklet)
• A gazdasági szempontból értékesebb ásványok:
  grafit, amfibólazbeszt, talk, márványok, stb.
          A legfontosabb kőzetalkotó ásványok
Ásvány neve           Idealizált kémiai összetétel    Kõzet-típus

kvarc                 SiO2                            magmás, üledékes, metamorf

ortoklász             KAlSi3O8                        magmás, metamorf, (üledékes)

plagioklász csoport   CaAl2Si2O8+ NaAlSi3O8           magmás, metamorf, (üledékes)

olivin csoport        (Mg,Fe)2SiO4                    magmás, (metamorf)
piroxén csoport       (Mg, Fe)2Si2O6                  magmás, metamorf
amfibol csoport       (Ca2Mg5)Si8O22(OH)2             magmás, metamorf

biotit (csillám)      K(Mg, Fe)3O10(OH)2              magmás, metamorf (üledékes)

muszkovit (csillám)   KAl3Si3O10(OH)2                 magmás, metamorf (üledékes)

agyagásvány csoport   K,Mg,Ca,Na-Al-hidroszilikátok   üledékes

kalcit                CaCO3                           üledékes
dolomit               CaMg(CO3)2                      üledékes

klorit csoport        (Mg, Fe, Al)6(Si,Al)4O10(OH)8   metamorf

szerpentin csoport    Mg6(Si4O10)2(OH)2               metamorf
epidot csoport        Ca2Al3(SiO4)3(OH)               metamorf
          Kőzettani alapfogalmak
• A kőzetek a földkéreg adott nyomás és hőmérsékleti
  viszonyai között keletkezett természetes ásványtársulásai.
  Vannak monomineralikus és heterogén kőzetek.
• A litoszférában előforduló kőzetek 3 fő típusa ismert:
   – Magmás kőzetek
   – Üledékes kőzetek
   – Metamorf kőzetek
• A litoszféra felszínén, belsejében és az asztenoszférában
  zajló anyag és energiaáramok következtében a fenti
  kőzetek állandó körforgásban vannak.
A kőzetek körforgása
              A magmás kőzetek

• A magma: a földkéregben, a litoszférában és az
  asztenoszférában elhelyezkedő, nagy nyomás alatt
  álló, izzón folyós, főleg szilikátos kőzetolvadék.
• A földkéreg minden anyagának ősforrása.
• A kéreg jelentős részét a magmás kőzetek
  alkotják.
• A magmás tevékenység a vulkanizmus és a
  plutonizmus együttese
       A magmás kőzetek szerkezete

• A kőzetek szerkezetén (struktúráján) a szabad
  szemmel jól megfigyelhető alaki sajátosságokat
  értjük.
• A magmás kőzetek szerkezeti tulajdonságai közül
  a legfontosabb a kőzetek elválása
  – Lemezes, vékonypados, vastagpados (a kihűlési
    felülettel párhuzamosan alakul ki, pl. andezit, gránit,
    bazalt)
  – Gömbhéjas (főleg andeziteknél)
  – Oszlopos (pl. bazalt, bazanit, andezit)
A magmás kőzetek szerkezete
         A magmás kőzetek szövete

• A kőzetek szövetén (textúráján) felépítésük
  finomabb jellegzetes alaki tulajdonságait értjük.
• A magmás kőzetek szövete tükrözi a keletkezési
  körülményeket (a kihűlés lassan következett-e be,
  milyen nyomáson és illó alkotórész jelenlétében)
• A magmás kőzetek szövetének vizsgálati
  szempontjai:
  – Kristályossági fok
  – Az ásványos elegyrészek alakja, nagysága és egymáshoz
    viszonyított helyzete
                A magmás kőzetek szövete

Kristályossági fok:
•Holokristályos v. teljesen
kristályos (pl. mélységi
kőzetek)
•Hipokristályos v. részben
kristályos (pl. vulkáni
kőzetek)
•Hialinos v. üveges szövet
(pl. bazalt)
•Holohialinos v. teljesen
üveges (pl. obszidián)
      A magmás kőzetek rendszerezése

• Keletkezési mélységük alapján:
  • Intruzív: nagy mélységi, plútói vagy abisszikus, összefüggő
  nagy tömegű és nagy területeken található
  • Hipabisszikus (szubvulkáni): átmeneti a vulkanikus és a
  mélységi között, gyakran teléres megjelenésű, kisebb
  kiterjedésű
  • Effuzív (kiömlési vagy vulkanikus): földtörténeti
  keletkezésük szerint (harmadidőszak előtt illetve után) paleo-
  és neoeffuzív
Magmás kőzetek keletkezési mélységük
             alapján
A magmás kőzetek rendszerezése: kovasavtartalom
      és az alkáliák mennyisége alapján
A magmás kőzetek rendszerezése: kovasavtartalom
      és az alkáliák mennyisége alapján
                  Üledékes kőzetek
• Az üledékes kőzetek keletkezésének folyamata:
  – Mállás – Szállítás – Felhalmozódás - Kőzetté válás


• Az üledékes kőzetek rendszerezése (keletkezési
  körülményeik, szemcsenagyságuk és anyagi
  összetételük alapján:
  –   Tűzi eredetű törmelékes kőzetek (piroklasztitok)
  –   Törmelékes üledékes kőzetek
  –   Vegyi és biogén kőzetek
  –   Vegyes típusú, átmeneti kőzetek
Üledékes kőzetek településviszonyai
• Az üledékes kőzetek egymás után lerakódott rétegei
  rétegcsoportot (rétegösszletet) alkotnak. Az egyes
  rétegek időrendi sorrendben következnek egymás után.
• A párhuzamosan települő rétegek általában egy
  üledékképződési menetben halmozódnak fel (fekü és
  fedő rétegek).
• A fentitől eltérő rétegződés települési zavarra
  (diszkordanciára) utal.
           Üledékes kőzetek szövete
• Az üledékes kőzetek szövete az üledéket alkotó törmelék,
  ill. vegyi kicsapódások kristályos szemcséinek:
   – nagyságától (finom és durva szemcsés)
   – alakjától (szögletes vagy lekerekített), és
   – a szemcsék elrendeződésétől (kaotikus, irányított) függ.
• A törmelék- és kristályszemcsék közötti hézagokat
  általában kötőanyag tölti ki, mely a szemcséket
  összecementálja. Az alapanyag és a kötőanyag anyaga és
  egymáshoz viszonyított aránya sokféle lehet.
     Tűzi eredetű törmelékes kőzetek

A kőzet ásványos részei részben vagy egészben vulkáni
 eredetűek, de a felhalmozódás körülményei miatt az
 üledékes kőzetek csoportjába soroljuk.

A tűzi és üledékes eredetű ásványok aránya alapján:
  • Vulkáni tufák: T:Ü=max. 80:20), pl. riolittufa, andezittufa
  • Vulkáni tufit: T:Ü=max. 30-80:70-20
  • Tufás kőzet: pirogén anyag 5-30%, pl. andezittufás
    homokkő
          Törmelékes üledékes kőzetek
• Osztályozásuk alapja szemcsenagyságuk
   – Durva törmelékek: d> 0,2 cm, (kőzettömb, 1m–20cm
     görgeteg, 20-0,2cm kavics vagy murva)
   – Homokok: d=0,2-0,06cm
   – Finomszemcsés törmelékek (kőzetlisztek): d=0,06cm-
     0,002mm
   – Agyagok: d<0,002mm

• A fenti laza üledékek kőzet változatai:
   –   Konglomerátum és breccsa
   –   Homokkő
   –   Aleurolit
   –   Agyagkő
            Vegyi és biogén kőzetek

• Osztályozásuk alapja kémiai összetételük
  – Karbonátos üledékek és üledékes kőzetek: szerves és
    szervetlen eredetűek; mikro vagy makrokristályos;
    oolitos és pizolitos; konkréciós, gumós, travertino (pl.
    mésziszap, mészliszt, mészkő, dolomit mésztufa,
    bryozoás mészkő)
  – Üledékes vas (pl. gyepvasérc; oolitos geothit, hematit,
    opál; sziderit, ankerit) és mangánércek (oxidos és
    karbonátos, pl. piroluzit, manganit, rodokrozit)
  – Foszfátos (pl. monacithomok, guano, foszforit és apatit)
    és kovás (pl. kvarcit, gejzirit, diatomapala, radiolarit)
    üledékek és üledékes kőzetek
           Vegyi és biogén kőzetek

– Sókőzetek (evaporitok): szárazföldi és tengeri eredetű
  kloridok, jodidok, bromidok és fluoridok ásványaiból
  állnak. Fontosabb tengeri sókőzetek:
   • Gipsz és anhidrit
   • Kősó telepek
   • Kálisó vagy fedősó telepek
– Szerves üledékes kőzetek: a szerves anyagoknak bonyolult
  biokémiai és geokémiai átalakulásán létrejött éghető kőzetei
  (kausztobiolitok)
   • A tőzeg és a kőszén
   • Szénhidrogének
Vegyes típusú átmeneti kőzetek
             Metamorf kőzetek

• A kőzetmetamorfózis (= kőzetátalakulás) a már
  meglévő kőzetnek újabb kőzetekké való
  alakulását jelenti.
• A szilárd fázisban végbemenő átalakulás a Föld
  mélyében uralkodó fizikai és kémiai feltételek
  hatására következik be.
• A folyamat két legfontosabb tényezője a nyomás
  és a hőmérséklet, de legtöbbször csekély
  mennyiségű oldószer (víz) is jelen van.
                Metamorf kőzetek
• A földtani előfordulás mérete alapján:
  – lokális (kontakt, pl. szkarnok és diszlokációs pl. milonit)
  – regionális (a megnövekedett hő és nyomás együttesen
    jelentkezik, pl. kristályos palák) metamorfózis
• A regionális metamorfizmushoz szükséges 2.000 -
  14.000 bar nyomás és 100 – 750 oC közötti
  hőmérséklet.
• A metamorf kőzetek szerkezete általában irányított,
  palás, lemezes vagy gyűrt
 A lokális metamorfózis




Kontakt metamorf kőzet: szkarn
           A regionális metamorfózis

                                    • 600oC felett a metamorfózis
                                    és a magmatizmus átfedi
                                    egymást, a rendszer
                                    víztartalmától függően.
                                    • A víztartalom növekedése a
                                    kőzetek olvadáspontjának
                                    csökkenésével jár.


A regionális metamorfózis övei (Grubenmann-Niggli):
    • Epiöv: irányított nyomás mellett viszonylag alacsony ToC
    • Mezoöv: irányított nyomás mellett magasabb ToC
    • Kataöv: magas nyomás és hőmérséklet (ToC)
             A fluidumok szerepe

• Fluidum: gőzállapotú vizes oldat (gázok, sók,
  ásványi alkotók) a kőzetek pórusaiban és
  repedéseiben.

• A metamorfózis során felgyorsítja a kémiai
  reakciókat, mint szállító tényező.

• A nyomás növekedésévek kipréselődik az oldott
  kovaanyag, mely kvarckitöltésű ereket hoz létre.
               Metamorf kőzetek
• Ha a metamorfózis során a kőzet ásványos
  összetétele nem változik izofázisos vagy izokémiai
  átalakulásról beszélünk (pl. mészkőből márvány
  lesz).
• Allofázisos vagy allokémiai az átalakulás, ha a
  folyamat során új ásványok keletkeznek,
  megváltozik az eredeti kőzet szerkezete és szövete is
  (pl. olivin tartalmú kőzetből szerpentinit
  keletkezik).
• Ha a kőzet eredeti kémiai összetétele is megváltozik,
  akkor metaszomatózisról beszélünk (pl. mészkőből
  magnezit lesz)
  A hőmérséklet, nyomás és idő szerepe
• Hőmérséklet: emelkedését a mélyebb helyzetbe kerülés
  vagy magmás intrúzió okozza.
• Nyomás (szöveti változás vizsgálatánál feszültség): szöveti
  irányítottságot okoz.
• Idő: hosszabb idő, nagy nyomás, hőmérséklet --> nagyobb
  kristályok, durvább szemcsés kőzetek
A regionális metamorfózis övei
              A metamorf fáciesek

• A regionális metamorfózis övbeosztása helyett P.
  Eskola az ásvány-fáciesek elvét állította fel.
  – Ugyanolyan nyomás és hőmérséklet mellett, adott kémiai
    összetétel esetén a kémiai egyensúly elérésekor csak egy
    meghatározott ásványtársulás lehetséges
  – Az egyes ásvány-fáciesek kritikus ásványokkal
    jellemezhetőek (index-ásványok), melyek csak az adott
    fáciesen belül stabilak
  – Metamorf fáciesek: 1. felszín közeli kontakt metamorfózis
    2. regionális (kisfokú és nagyfokú) metamorfózis
A metamorf fáciesek

       Metamorf fáciesek a nyomás-
       hőmérséklet viszonyoktól függően:
       • Az A görbe egy mélységi magmás
       test környezetében jellemző
       geotermikus gradienst jelöl.
       • A B görbe egy átlagos
       kontinentális geotermikus
       gradiens.
       • A C görbe szubdukciós zónában
       jellemző geotermikus gradiens