11. elıadás A kızetek, a kızettan tárgya
Mi a kızet? Döntıen nagy földtani folyamatok során nagy tömegben jelennek meg. Osztályozásuk az átlagos kémiai összetétel, az ásványos összetétel és a szöveti-szerkezeti jellegek alapján történik. A kızetek nagyobb része ásványok keveréke, uralkodóan kızetalkotó ásványok építik fel. Kızetalkotók azonban lehetnek emellett üvegszerő és szerves anyagok, illetve a szilárd komponensek között, a pórusokban elhelyezkedı folyékony és gáz halmazállapotú anyagok (víz, kıolaj, levegı stb.).
A kızetmegismerés folyamata Terepi Vékonycsiszolat Kézipéldány Teljes szilikát elemzés
A kızetek megismerhetısége 1/ A kızetalkotók morfológiai megismerése 2/ A kızetek kémiai jellege 3/ A kızetalkotók optikai megismerése 4/ A kristályos kızetalkotók szerkezeti megismerése m mm µm morfológia szem fénymikroszkóp elektronmikroszkóp kémia nedves kémia spektroszkópia elektronmikroszonda optika szem kızettani mikroszkóp szerkezet röntgendiffrakció elektronmikroszkóp
A kızetmikroszkóp A forgatható tárgyasztalra helyezett vékonycsiszolatot (kb. 0,03 mm vastagságú kızetlemezt), átesı, lineárisan poláros fényben vizsgáljuk. Az alsó nikollal, vagy polarizátorral (4) elıállított poláros fény áthalad a vékonycsiszolaton, az objektíven (8), majd a felsı nikolon vagy analizátoron (9), végül az okuláron (1) át a szemünkbe jut. Az analizátort a polarizátorral azonos helyzetbe (egy nikol állás), vagy keresztezett helyzetbe (keresztezett nikol állás) állítva történik a vékonycsiszolat vizsgálata.
A kızetek vizsgálata vékonycsiszolatban 1 N állásnál megfigyelhetı: átlátszóság, törésmutató, szemcsealak, termet, saját szín, hasadás. + N állásnál: interferenciaszínek láthatók, melyek elsısorban a kristály kettıstörésétıl, a vékonycsiszolat vastagságától és orientációjától függnek. +N állásnál megfigyelhetı: optikai jelleg, kioltási szög, interferenciaszín, ikresedés, zárványosság. Opak ásványok felületi csiszolatban, ráesı fényben reflexióval vizsgálhatók. 1 N állás + N állás
Elektronsugaras mikroanalizis (EPMA) A karakterisztikus röntgensugárzás mérésén alapul. A minta gerjesztését jól fókuszált elektronsugárral végzik. A karakterisztikus röntgensugárzást hullámhossz szerint (WDS), vagy energia szerint (EDS) bontják szét. Mikroanalitikai módszer (az elektronsugarak átmérıje 1 nm körüli). A minimális elemzési térfogat: 1 µm 3. A módszer a bórtól az uránig terjedı elemek meghatározására alkalmas, az elemek mennyisége 0,001 100% közötti lehet. Kis mérető szilárd fázisok (pl. kızetalkotók) elemzésére, a fázisok inhomogenitásának vizsgálatára használják.
Pásztázó elektronmikroszkópia (SEM) Jól fókuszált elektronnyalábbal a minta felületét soronként letapogatják (végigpásztázzák), és a mintáról visszaérkezı elektronokkal (a TVképernyıjéhez hasonlóan) egy katódsugárcsı fényintenzitását vezérlik. A mintáról az elektronok részben visszaszóródnak (visszaszórt elektronok), részben másodlagos (szekunder) elektronokat váltanak ki. A szekunder elektronok a minta domborzati viszonyairól adnak éles képet, a visszaszórt elektronok a minta kémiai összetételére jellemzı képként jeleníthetık meg. Nagyítása 10 15 ezerszeres lehet. Szilárd anyagok felületi, finom morfológiai viszonyainak tanulmányozása.
Röntgendiffraktometria (XRD) Elv: kristályos anyagra röntgensugárzást bocsátunk, azok a kristály rácssíkjain elhajolhatnak (diffraktálódhatnak). A diffraktált sugarak irányának és erısségének megállapításával következtethetünk a rácsszerkezet tömegpontjainak elrendezésére (szerkezet meghatározása). Elterjedt módszer kristálykeverékek (polikristályos anyagok, kızetek) elegyrészeinek azonosítása. Hátránya, hogy azonos rácsszerkezető anyagokat nem lehet egymástól biztonsággal megkülönböztetni. Nem alkalmas rosszul kristályos vagy amorf anyagok vizsgálatára. Lin (Counts) 900 800 700 600 500 400 300 200 100 G524 0 5 10 20 30 40 50 60 2-Theta - Scale G524 - File: g524.raw - Type: 2Th/Th locked - Start: 5.000 - End: 65.000 - Step: 0.050 - Step time: 2. s - Temp.: 25 C (Room) - Time Started: 11 s - 2-Theta: 5.000 - Theta: 2.500 - Chi: 0.00 - Ph Operations: Background 0.020,1.000 Smooth 0.168 Import 01-087-2096 (N) - Quartz low, syn - SiO2 - Y: 10.86 % - d x by: 1. - WL: 1.5406 - Hexagonal - a 4.91270 - b 4.91270 - c 5.40450 - alpha 90.000 - beta 90.000 - gamma 120.000 - Primitive - P3221 (154) - 01-089-3435 (C) - Cristobalite, beta - SiO2 - Y: 59.42 % - d x by: 1. - WL: 1.5406 - Cubic - a 7.14700 - b 7.14700 - c 7.14700 - alpha 90.000 - beta 90.000 - gamma 90.000 - Face-centered - Fd-3m (227) - 00-047-1743 (C) - Calcite - CaCO3 - Y: 58.46 % - d x by: 1. - WL: 1.5406 - Rhombo.H.axes - a 4.98960 - b 4.98960 - c 17.06100 - alpha 90.000 - beta 90.000 - gamma 120.000 - Primitive - R-3c (167) - 6 01-086-0681 (*) - Tridymite, syn - SiO2 - Y: 59.40 % - d x by: 1. - WL: 1.5406 - Triclinic - a 15.02100 - b 8.60040 - c 16.43379 - alpha 90.000 - beta 91.512 - gamma 90.000 - Base-centered - C1 (1) - 48 -
A három nagy kızetcsalád Magmás kızetek: a magmából közvetlenül megszilárdult kızetek (ún. elsıdleges kızetek). Ezek teszik ki a földkéreg kb. 80 %-át. Magas hımérsékleten és/vagy nyomáson képzıdnek. A földkéreg kızetlemezeinek mozgása és a felszíni mállási folyamatok során az elsıdleges kızetek anyagának megváltozásából, átalakulásából ún. másodlagos kızetek jönnek létre. Ezek: Metamorf kızetek: a magmás és üledékes kızetek más fizikai paraméterek (pl. hımérséklet, nyomás) közé kerülve ásványos összetételüket és/vagy szövetüket tekintve jelentısen átalakulhatnak. Üledékes kızetek: a magmás és metamorf kızetek a felszínre felszín közelébe jutva mállásnak indulnak és a málladékból az ezt követı kızetté válás során jönnek létre (kis nyomáson és hımérsékleten). De létrejöhetnek vegyi vagy biogén úton is.
A kızetciklus vázlatos folyamata
A kızetmodell egységei Földtani formáció: a földkéreg legnagyobb, kızettani-földtani alapon elkülöníthetı egysége. Ebben a kızettani, geokémiai, geofizikai tulajdonságok meghatározottak. Kızettest: a formáció olyan része, mely mechanikai, szöveti, kémiai szempontból elsı közelítésben homogénnek tartható. Kızettömb: a kızetmechanika alapegysége, a kızettestet tagoló felületek által közrefogott kızetegység (ennek része a kızet kézipéldánya). Kızetalkotók: ásványok, kızetüvegek, kızettörmelékek, szerves anyagok, pórusok, folyékony és gáz halmazállapotú anyagok. A kızetalkotók a keletkezési körülményeknek megfelelıen határozott térbeli rendszerben alkotják a kızeteket. Ez a térbeli rendszer a kızet szövete.
Példák kızetalkotókra
A szilárd kızetalkotók győjtıfogalmai Alapanyag: nagyobb kızetalkotókat közrefogó, összefüggı kristályos vagy rosszul kristályos közeg Fenokristályok: az alapanyagnál nagyságrenddel nagyobb kristályok Törmelékszemcse: más kızet vagy kristályos kızetalkotó töredéke Kötıanyag: a törmelékszemcséket összekötı (cementáló) kristályos vagy rosszul kristályos közeg.
A kızetalkotók illeszkedése, a kötések osztályozása Kötés jellege rögzített idıleges anyagszerkezeti kötés érintkezési hatásból eredı kötés Jellemzı kızetcsoport szilárd összeálló kızetek agyagos kızetek laza, szemécs kızetek Jellemzı tulajdonság irreverzibilis, vízérzéketlen, mállásra érzékeny reverzibilis, vízérzékeny, vízfüggı reverzibilis, vízfüggı
összeálló kızet laza kızetek
A kızetek szövete A kızetben a kızetalkotók a képzıdési körülményeknek megfelelıen, a kötések által (tartósan vagy idılegesen), de megszabott módon helyezkednek el. A kızetek szövetét a kızetalkotók kristályossági foka, méretük, egymáshoz viszonyított méretük, egymáshoz képest elhelyezkedésük, orientációjuk, és pórusoktól függıen a hézagosságuk szabja meg. A kızetszövet egyértelmően jelzi a kızet képzıdésének folyamatát, így tanulmányozása alapvetı fontosságú.
Néhány szövettípus laza szemcsés szövet üveges-törmelékes szövet laza pelyhes szövet cementvázú szövet agyagos szövet üveges szövet cementálttörmelékes szövet palás szövet üvegtartalmú szövet kristályos szemcsés szövet deformálatlan kristályos szemcsés szövet deformált kripto/mikrokristályos szövet
A kızetek ásványos (és kémiai) összetétele A Pélites Kvarcföldpátos ± kvarc ± albit ± kfp Meszes Bázikus C F A: agyagásványok; C: karbonátok; F: földpátok
Magmás kızetek osztályozása: kémiai összetétel, TAS diagram