Üledékes kőzettan Magmás (olvadék, kristályosodás, T, p) migmatit szerpentinit piroklasztit Metamorf (átkristályosodás: szöveti, ásványi/ kémiai változás, p, T ) zeolit Üledékes - törmelék: mechanikai és biogén - oldatokból kicsapódás - szerves eredetű maradványok - T, p átl. 1,8 km a kontinenseken, átl. 0,3 km az óceánokban, Föld felszín: 35%, Föld kéreg: 4,8 %, Föld: 0,013 %
Sedimentary materials Sedimentary rocks cover 80% of the earth s surface but only comprise ~1% of the volume of the crust
Üledékes kőzettan Foglalkozik: - üledékes kőzetek rendszerével, - keletkezésével, - az üledék és üledékes kőzetképződési ciklussal: mállás szállítás lerakódás kőzettéválás üledék üledékes kőzet
Mállás A Föld felszínén lévő kőzetekre sokféle fizikai, kémiai és biológiai erő hat, amely a kőzeteket fizikailag és kémiailag átalakítja. A fenti tényezők együttes hatását mállásnak nevezzük, ami az atmoszféra, hidroszféra és bioszféra és a litoszféra kölcsönhatása A mállást befolyásolja az éghajlat, a domborzat és a felszín kőzeteinek minősége (pl.: bazalt, kvarcit vagy mészkő), kristályossági, cementáltsági foka, mátrix minősége és mennyisége, stb.
Mállás A mállás típusai az éghajlati viszonyoktól függően. A száraz és hideg éghajlaton a fizikai, a nedves és meleg éghajlaton a kémiai mállás jellemző.
Fizikai mállás Fizikai (vagy mechanikai) mállás a kőzetek ásványainak aprózódása: - Hőmérséklet-ingadozás (inszoláció) (napi hőingadozás nagy, pl. sivatag, 40-50 o C, hőtágulási együttható, irányítatlan szövet) - Fagyhatás (hőmérséklet ingadozás 0 o C körül, csapadék, jég 9 %-os térfogatnövekedés a jégnyomás max. 2200 kg/cm 2 ) - Sókristályosodás (talajvízből sókiválás a repedésekben) - Hidratációs átalakulásból: anhidrit gipsz, p = 1000 kg/cm 2 ) - Gyökérhatás (gyökerek feszítő ereje, nem jelentős, de látványos) - Abrázió (sziklás tengerpartok hullámainak pusztító munkája)
Arches National Park (Utah)
Kémiai mállás Kémiai mállás (kőzetek ásványainak oldódása vízben (talaj- és a csapadékvízben, savas kémhatás: CO 2 levegőből, szerves anyag bomlásából a talajban; trópusokon a legintenzívebb) - Hidrolitos mállás (hidrolízis) (gyengén savas víz H + és OH - ionjainak reakciója főleg földpátokkal: egy részük oldatba kerül, másik részük hidrolizált formában visszamarad) szénsavas víz: H 2 O + CO 2 H + + HCO 3 - A H + a földpátokból a K +, Na + és Ca 2+ ionokat kiszorítja, elszállítódnak, az alumoszilikát a vízzel agyagásványt épít: 4KAlSi 3 O 8 + 4H + + 2H 2 O 4K 1+ + Al 4 Si 4 O 10 (OH) 8 + 8SiO 2
Kémiai mállás Lúgos kémhatás mellett, főleg trópusokon a folyamat újabb lépése: a szilikátok oldatba mennek az Al- (és Fe-) hidroxidok kicsapódnak: LATERIT BAUXITOK (vörös szín) Al 4 Si 4 O 10 (OH) 8 +2H 2 O 2Al(OH) 3 + SiO 2 *H 2 O - Oldási mállás (oldódás): gyengén savas vízben a mészkövek oldódása és CO 2 légkörbe jutása: CaCO 3 + H 2 CO 3 = Ca 2+ (aq) + 2HCO 3 - (aq) Ca 2+ (aq) + 2HCO 3 - (aq) = Ca(OH) 2 + 2CO 2(g) mészkő és dolomit karsztosodása, barlangok, üregek, stb.
Kémiai mállás - Oxidáció (főleg Fe-tartalmú ásványokat érint) szilárd: Fe 2+ és Fe 3+, oldott: csak Fe 2+, Fe 2+ könnyen oxidálódik rozsda(barna limonit ): 4FeO + 2H 2 O + O 2 4FeO(OH), azonban száraz éghajlaton dehidratáció és Fe-érc: 2FeO(OH) Fe 2 O 3 + H 2 O
Kémiai mállás Oxidációs - cementációs öv kialakulása: pl. kalkopirit CuFeS 2 esetében a Cu az oxidációs övben feloldódok az O 2 -dús talajvízben, azonban a Fe 3+ visszamarad. A redukáltabb mélyebb övben (cementációs) a Cu kicsapódik, mert e talajrészben a víz oldott O 2 koncentrációja 0 vagy nagyon kicsi. (a réz és a vas eltérő geokémiai viselkedése), - pirit! oxidáltság csökken O 2 dús talajvíz, Fe xidok és hidroxidok maradnak a talajban O 2 dús talajvíz, Fe xidok és hidroxidok maradnak a talajban Cementációs öv (Cu, As, Au) Cu koncentráció nő a talajvízben
Kémiai mállás - Élőlények hatása (elő szervezetek, mint pl.: baktériumok, mohák, algák, zuzmók, stb. H 2 CO 3 -t és HNO 3 -t vesznek fel. Az elhalt előlények után szerves savak és H 2 SO 4 marad vissza, amely a talaj kémhatását nagymértékben befolyásolja) (inkább kémiai, mint biológiai)
3.2. táblázat Papp Kümmel 1992
Ásványok és kőzetek mállásfolyamatai Q? Papp Kümmel 1992
Szállítás A felaprózódott és oldatba ment anyagok eltávozása a mállási helyükről. Ha nem tud eltávozni talaj lesz belőle (leghatékonyabb a talajképződés szempontjából a sík terület) Gravitációs áthalmozódás (nincs szállító közeg): - kis dölésszögű lejtőn (lejtőtörmelék mozgása, amelyet a víz segíti) - nagy dőlésszögű lejtő (hegyomlás)
Szállító közeggel: Szállítás - víz görgetve (nagyobb tömbök, kavicsok, durva homok), lebegtetve (agyag és finom homok frakció), oldva szállít - szél (pl. sivatagok, jól osztályozott finom szemcsék, lösz) - jég (osztályozatlan szemcsék a kőzettömbtől a homok frakcióig, gleccserek, vándorkövek, jégkarcok, stb.) Vízben való szállítás közben is van kémiai mállás! Vízben, jég és szél által való szállítás közben is van fizikai mállás (erózió)
Szállítás mállás kapcsolata A Hjulström-féle diagram, amely megmutatja, hogy a folyóvíz sebességétől függően hogyan alakul a különböző méretű törmelékszemcsék eróziója, szállítása és leülepedése. A szaggatott vonalak a tapasztalati mérésekből adódó bizonytalanságot tükrözik.
Talajok A talajok átlagos összetétele. Az értékek térfogatszázalékban vannak megadva. A szerves anyag magában foglalja a humuszt, részlegesen lebomlott növényi és állati maradványokat és baktériumokat.
Talajok Talajszelvények alakulása mérsékelten csapadékos, száraz és erősen csapadékos éghajlati viszonyok mellett. Csapadékos, trópusi klímán a felső, szerves anyagot tartalmazó réteg alatt egy olyan, erősen kimosott réteg alakul ki, amelyben Al- és Fe-vegyületek, illetve agyagásványok maradnak meg.
O - Organic (humus) often absent Principal Soil Horisons A - Leaching K, Mg, Na, clay removed B - Accumulation absent in young soils distinct in old soils Al, Fe, Clay (moist) Si, Ca (arid) C - Parent Material
Lerakódás (üledék felhalmozódás) Szárazföldön: - eljegesedett területeken: moréna (itt továbbszállítás is van) - sivatagokban: pl.: homokdűne - folyóvizekben: kavics, homok, aleurit, agyag - tavakban: kavics, homok, aleurit, agyag, tőzeg, gyepvasérc lösz
Field of sand dunes between Erta Ale volcano and Giulietti salt lake
Lerakódás (üledék felhalmozódás) Lerakódás (üledék felhalmozódás) Kontinentális és tengeri üledékképződési környezetek. A nyílt óceáni üledékképződési régiók nincsenek feltüntetve
Lerakódás (üledék felhalmozódás) Tengerekben: - Tengerparton: meredek part (kavics, szikla) lapos part (homok, agyag, mészhomok), torlatok - Lagúnákban: arid (száraz) klímán: a tenger felől beáramló nagy sűrűségű sósvíz az aljzat irányába mozog, a felszínközeli édesebb víz egyre inkább párolog, így a víz különböző oldott sókban túltelítetté válik: - dolomit - anhidrit -gipsz - kősó - fedősók (Erdélyi-medence)
Lerakódás (üledék felhalmozódás)
Lerakódás (üledék felhalmozódás) Tengerekben: - Lagúnákban: humid (nedves) klímán: pirites, markazitos aleurolit, agyag - Biogén képződés (pl. zátonymészkövek: korallok, zöldalgák) - Mélytengerekben (pelágikus, parttól távoli régiók): - diatóma-iszap (kovaüledék, CCP szintek) - mésziszap (lebegő, majd elhaló szervezetek lehulló vázaiból)
Lerakódás (üledék felhalmozódás) CC Mn (Fe) <->P 3 5 cc 4 6 1 2 1 4 2 5 3 6 A mélytengeri üledékek elterjedése a mai óceánokban.
Diagenezis (kőzettéválás) Mindazok a folyamatok, amelyek az üledéket érik a lerakódás után, de nem érik el a matamorfózis fokát és nem a mállás folyamatához tartoznak. üledék üledékes kőzet (fizikai és kémiai változások) Befolyásolja: üledék összetétele, p-t kondició, pórusfluidumok összetétele, ph- és Eh-értéke, mennyisége Litifikációs folyamatok: kompakció, cementáció, átkristályosodás
Diagenezis (kőzettéválás) Rétegterhelés hatására: - A nyomás hatására összepréselődik, tömörödik az anyag, a víz eltávozik (dehidratáció) - Cementáció (a diagenizálódó kőzetben cirkuláló vízben (elektrolit) oldott hidrokarbonát, SiO 2 és egyéb anyag pórustérben történő kicsapódásával karbonát, kvarc, limonit, agyagásvány, stb. cementálja össze a szemcséket) - Az agyag-, máshol karbonátásványok átalakulása átkristályosodása
Diagenezis (kőzettéválás) C Cementáció