سنگ
سنگ از نظر زمينشناسان به مادهي سازندهي پوسته و بخش جامد سستكرهي زمين گفته ميشود. سنگها از يك يا چند كاني درست شدهاند و از نظر چگونگي پديد آمدن در سه گروه سنگهاي آذرين، سنگهاي رسوبي و سنگهاي دگرگوني جاي ميگيرند. سنگهاي آذرين از سرد شدن گدازهي آتشفشانها به وجود ميآيند. سنگهاي رسوبي پيامد فرسايش سنگها و انباشته شدن رسوبها در درياها هستند. هنگامي كه سنگي در فشار و گرماي زياد قرار گيرد، سنگ دگرگوني پديد ميآيد.
سنگها و كانيها
كرهي زمين از نظر ويژگيهاي فيزيكي ساختار لايهاي دارد. بخش مركزي آن جامد است، بيشتر از آهن و نيكل درست شده و هستهي دروني ناميده ميشود. پيرامون هستهي دروني را لايهي مايعي از آهن و نيكل فراگرفته كه هستهي بيروني نام دارد. پيرامون هستهي بيروني را لايهاي به نام گوشته در بر ميگيرد كه خود از لايهاي جامد و سخت به نام گوشتهي زيرين و لايهاي نرمتر و خميري به نام سستكره درست شده است. پيرامون گوشته را لايهي نازك و جامدي به نام پوسته فراگرفته كه بيشتر از سيليس، اكسيژن و آلومينيوم درست شده است. زمينشناسان به مواد طبيعي و بي جان سازندهي پوسته سنگ ميگويند و بيرونيترين لايهي زمين را سنگكره مينامند.
سنگها از يك يا چند كاني درست شدهاند. كاني به موادي بيجان، جامد و بلوري گفته مي شود كه تركيب شيميايي به نسبت ثابتي دارند. بيش از 3 هزار گونه كاني در طبيعت يافت شده است كه نزديك 20 تا 25 گونه از آنها در ساختمان بسياري از سنگها وجود دارند. بيشتر سنگها از چند كاني درست شدهاند، مانند گرانيت كه بخش زيادي از آن از سه كاني كوارتز، فلدسپات و بيوتيت است. هر گروه از سنگها نيز داراي كانيهاي مشخصي هستند كه در گروه سنگهاي ديگر وجود ندارند يا بسيار اندك هستند. براي نمونه، كاني هاليت فقط در سنگهاي رسوبي ديده مي شود و در سنگهاي آذرين يا دگرگوني ديده نمي شود. كاني ولاستونيت نيز فقط در سنگهاي دگرگوني يافت مي شود. با اين همه، برخي از كاني ها، مانند كوارتز، ممكن است در هر گونه سنگي وجود داشته باشند.
سنگها و كانيهاي آنها
گونهي سنگ
|
كانيهايي كه در آن يافت ميشود
|
سنگهاي آذرين
|
ارتوز، پرتيت، ميكروكلين، پلاژيوكلاز، كوارتز، نفلين،
لوسيت، هورنبلند، اوژيت، بيوتيت، مسكوويت، اليوين
|
سنگهاي رسوبي
|
كانيهاي رسي ، كلسيت، دولوميت، كوارتز، هاليت، سيلوين،
ژيپس، انيدريت،گلوكونيت، اكسيدها(بهويژه آهن)،كربناتهاي ديگر
|
سنگهاي دگرگوني
|
استروليت، كيانيت، آندالوزيت، سيليمانيت، گرونا، ولاستونيت،
تروموليت، كلريت، گرافيت، تالك
|
سنگهاي آذرين
هرچه بيشتر به ژرفاي زمين برويم، دما بالاتر مي رود و در ژرفاي زياد به اندازهي ميرسد كه براي ذوب شدن سنگها كافي است. با اين همه، مواد دروني زمين به حالت مذاب نيستند و فشار زيادي كه از لايههاي بالايي بر لايههاي زيرين وارد ميشود، از ذوب شدن سنگها جلوگيري ميكند. اما در جاهايي از ژرفاي زمين كه به دليلي(براي نمونه، در پي جايهجايي ورقههاي سنگ كره) از فشار كاسته ميشود يا سنگهاي سطحي زمين به زير سطح فرو ميروند، سنگها ذوب ميشوند. هر جايي كه سنگها ذوب شوند، مادهي مذاب، كه ماگما نام دارد، به سوي بالا راه پيدا ميكند و آرام آرام دماي آن كاهش مييابد و سنگهاي آذرين را پديد ميآورد.
ماگما ممكن است به بخشهاي بالايي پوسته نفوذ كند يا از راه شكافها و سوراخها به سطح پوسته راه يابد. ماگمايي كه از سطح پوسته بيرون نميزند به آهستگي و طي سالها سرد ميشود و سنگهاي آذرين دروني را ميسازد. به ماگمايي كه از دهانهي آتشفشان بيرون ميآيد و به سطح زمين ميرسد، گدازه ميگويند. همهي حجم گدازهاي كه به سطح زمين ميآيد، به حالت مذاب نيست و قطعههاي ذوب نشدهي سنگ و كانيهاي بلوري را نيز در خود دارد. گدازه طي چند روز سرد ميشود و سنگهاي آذرين بيروني را ميسازد.
بررسي تركيب شيميايي سنگهاي آذرين و گدازهي آتشفشانهاي فعال نشان داده است كه ماگما يك تركيب سيليكاتي با اندكي اكسيدهاي فلزي ، بخار آب و مواد گازي است. سنگهاي آذرين را بر پايهي درصد اين مواد در سه گروه گرانيتي(اسيدي)، بازالتي(بازي) و آندزيتي(ميانه) جاي ميدهند. سنگهاي آذريني مانند ريوليت و داسيت را كه محتواي سيليس آنها بالاست، يعني بيش از 63 درصد 2 SiO دارند، از گروه سنگهاي آذرين اسيدي به شمار ميآورند. سنگهاي آذريني مانند آندزيت كه بين 52 تا 63 درصد 2 SiO دارند، از سنگهاي آذرين ميانه و سنگهايي مانند بازالت و گابرو را كه محتواي سيليسي كمتري دارند، از سنگهاي آذرين بازي هستند. برخي از سنگهاي آذرين، مانند پريدوتيت، را كه محتواي سيليسي آنها بسيار پايين است، فرابازي مي دانند.
بافت سنگهاي آذرين
زمينشناسان در بررسيهاي صحرايي، كه ابزارهاي پيچيدهي آزمايشگاهي در دسترس نيست، از اندازه و آرايش بلورهاي سنگ، كه بافت سنگ نام دارد، براي توصيف سنگها بهره ميگيرند. اصطلاح بافت سنگ هنگام بررسي سنگ زير ميكروسكوپ نيز به كار مي رود. بافت سنگ آذرين علاوه بر اين كه آن را از سنگها ديگر جدا ميكند، ما را از دروني بودن يا بيروني بودن آن و حتي ژرفايي كه سنگ در آنجا از ماگما پديد آمده است، آگاه ميسازد.
1. بافت نهانبلورين. بلورها را نميتوان با چشم غيرمسلح ديد. اگر بلورها به اندازهاي كوچك باشند كه فقط با ميكروسكوپ پولاريزان ديده شوند، اصطلاح ميكروكريستالين و اگر فقط با ميكروسكوپ الكتروني يا پرتوهاي ايكس شناسايي شوند، اصطلاح كريپتوكريستالين را به كار ميبرند.
2. بافت آشكاربلورين. بلورها درشت و از 2 تا 5 ميلي متر هستند. اين بافت زماني پديد ميآيد كه ماگما به آهستگي درون زمين سرد شود.
3. بافت پگماتيتي. گونهاي از بافت آشكاربلورين است كه اندازهي بلورهاي آن بزرگتر از 5 سانتيمتر و حتي چند متر است.
4. بافت پرفيري. گونهاي از بافت آشكاربلورين است كه داراي بلورهاي درشت در زمينهاي از بلورهاي ريز است. اين بافت نتيجهي سرد شدن آهسته زير سطح زمين و آمدن ناگهاني ماگما به سطح زمين است كه نخست با پديدآمدن بلورهاي درشت و سپس با بلورهاي ريز همراهي ميشود.
5. بافت سوراخدار. در پي سرد شدن تند گدازهاي كه گاز فراوان در خود دارد، بر سطح زمين پديد ميآيد. سنگپا نمونهاي از اين بافت است.
6. بافت شيشيهاي. در برخي فورانهاي آتشفشاني، گدازه به درون آب ريخته ميشود و بسيار تند سرد ميشود. اين گونه سنگها بلور ندارند و بافتي مانند شيشه دارند.
7. بافت آذرآواري. هنگامي كه گدازه به صورت ذرههاي خاكستر به هوا پرتاب ميشود و آن ذرهها به صورت لايهاي تهنشين ميشوند، سنگهايي را ميسازند كه ذرههاي سازندهي آنها آذرين، ولي تهنشيني آنها شبيه سنگهاي رسوبي است.
8. بافت آگلومرا. اگر اندازهي ذرههاي پرتابي از دهانهي آتشفشان بزرگ باشد، پس از تهنشين شدن به يكديگر جوش ميخورند و سنگ يكپارچهاي را ميسازند كه آگلومرا ناميده ميشود.
خانوادههاي سنگهاي آذرين
سنگهاي آذرين را بر پايهي بافت، درصد سيليس، رنگ، چگالي، تركيب شيميايي و در نظر داشتن ويژگيهاي ديگر، طبقهبندي ميكنند.
1. خانوادهي گرانيت- ريوليت. گرانيت از شناختهشدهترين سنگهاي آذرين دروني است كه فراواني و زيبايي آن پس از صيقل يافتن، باعث شده است كه در معماري مورد توجه باشد. نام اين سنگ از واژهي لاتين گرانوم به معناي دانهي گندم گرفته شده است، زيرا بيشتر كانيهاي آن به اندازهي دانهي گندم است. بافت آن از نوع آشكاربلورين است و بيشتر از فلدسپات پتاسيمدار، پلاژيوكلاز سديمدار و كوارتز درست شده است. كانيهاي بيوتيت، آمفيبول، هورنبلند و گاهي ميكاي سفيد نيز در ساختمان آن ديده ميشود.گرانيتها به رنگهاي سفيد، خاكستري و صورتي ديده ميشوند كه برخاسته از نوع فلدسپات آنهاست.
ريوليت از نظر نوع كانيها با گرانيت تفاوت زيادي ندارد و در واقع گرانيتي است كه بيرون از پوستهي زمين پديد ميآيد. ريوليتها رنگ روشني دارند و چون جهتيافتگي مادهي مذاب را به آساني ميتوان در آنها شناسايي كرد، به اين نام خوانده ميشوند( ريوليت به معناي جريان يافته است.) در اين خانواده سنگهايي با بافت شيشهاي نيز وجود دارد كه ابسيدين شناختهشدهترين آنهاست. اين سنگ تيرهرنگ است و تيرگي آن به اين علت است كه هيچ گونه بلوري در آن وجود ندارد. به سنگهاي بيروني با بافت سوراخدار اين خانواده، پونس، پاميس يا سنگپا مي گويند. توجه داشته باشيد كه سنگپا ممكن است در خانوادههاي ديگر نيز وجود داشته باشد.
2. خانوادهي گرانوديوريت- داسيت. گرانوديوريت يكي از فراوانترين سنگهاي آذرين دروني است كه از نظر كاني شناسي، در ميانهي سنگهاي گرانيتي و ديوريتي جاي ميگيرد. زيرا درصد كوارتز آن اندكي از گرانيت كمتر ولي از ديوريت اندكي بيشتر است. داسيت همانند بيروني گرانوديوريت است. اين سنگ در ايران فراوان است و بيشتر به رنگ روشن ديده مي شود.
3. خانوادهي ديوريت- آندزيت. ديوريتها سنگهايي هستند كه بيشتر از فلدسپات پلاژيوكلاز سرشار از كلسيم درست شدهاند. اين سنگها اغلب كوارتز ندارند، اما گاهي اندكي كوارتز و فلدسپات پتاسيمدار نيز در ساختمان آنها ديده ميشود.كانيهاي تيرهرنگ ديوريتها اغلب آمفيبول، پيروكسن و بيوتيت است. آندزيت همانند بيروني ديوريت است كه به رنگ خاكستري تيره ديده ميشود به صورت سنگپا و آذرآواري نيز وجود دارد.
4. خانوادهي گابرو- بازالت. گابروها سنگهاي تيره با چگالي به نسبت بالا هستند كه بيشتر از پيروكسن و پلاژيوكلاز كلسيمدار درست شدهاند. البته، ممكن است اندكي اليوين نيز در آنها ديده شود. بازالت همانند بيروني گابرو است. بازالت و گابرو 75 درصد سنگهاي آذرين پوستهي زمين را ميسازند. بازالت سوراخدار را اسكوري ميگويند كه شبيه سنگپاست. بازالت شيشهاي نيز وجود دارد كه به آنها تاكيليت ميگويند. در پيرامون آتشفشان خاموش دماوند، بهويژه در كنارهي جادهي هراز، ميتوان گونههاي اسكوري، پرفيري و آگلومراي بازالتي را پيدا كرد.
5. خانوادهي پريدوتيت. پريدوتيت سنگي بسيار بازي است كه بيشتر از كانيهاي آهن و منيزيمدار درست شده است.پريدوتيتها چگالي بالايي دارند و رنگ آنها تيره است. اليوين فراوانترين كاني پريدوتيتهاست، اما ممكن است اندكي پيروكسن و حتي آمفيبول نيز در آنها ديده شود. پريدوتيتها سرشار از اليوين را دونيت گويند و پريدوتيتهاي سرشار از پيروكسن را پيروكسنيت مينامند. در صورتي كه هم اليوين و هم پيروكسن را داشته باشند، لرزوليت خوانده ميشوند. لمبورژيت، كه بسيار كمياب است و از بلورهاي ريز اوژيت(نوعي پيروكسن) و اليوين آهندار درست شده است، همانند بيروني پريدوتيتهاست و به رنگ قرمز قهوهاي ديده مي شود. كيمبرليت را نيز همانند بيروني آنها ميدانند كه سرشار از اليوين است و بلورهاي ريز و اندكي گرونا(كاني دگرگوني) و الماس دارد.
سنگهاي رسوبي
چهرهي زمين همواره در حال دگرگوني است و عاملهايي مانند نيروي گرانش، آبهاي جاري، موجهاي دريا، باد، يخچالها و حتي انسان، همراه با كنشهاي شيميايي موادي مانند آب، اكسيژن، دياكسيد كربن، اسيدها و مواد ديگر، باعث از همپاشي ساختمان سنگها و خرد شدن آنها مي شوند. خردهسنگها همراه با مواد محلول به جاهاي پستي مانند درياها، درياچهها، كنار رودخانهها، غارها و جاهاي ديگر ميروند و در آنجا تهنشين ميشوند. مواد تهنشين شده، كه رسوب ناميده ميشوند، در اثرعاملهاي گوناگوني، مانند فشار و گرما، به هم پيوسته مي شوند و سنگهاي سخت و يكپارچهاي را ميسازند كه به آنها سنگهاي رسوبي ميگويند.
سنگهاي رسوبي به علت لايهلايه بودن و نيز داشتن برجاي ماندههايي از جانداران گذشته، به زمينشناسان كمك ميكنند تاريخ گذشتهي زمين را بازسازي كنند. سنگهاي رسوبي در مقايسه با سنگهاي آذرين و دگرگوني بخش كمتري از پوستهي زمين را مي سازند، اما چون در سطح زمين ساخته مي شوند، بخش زيادي از سطح قارهها را پوشاندهاند. اين سنگها جاي انباشته شدن و جابهجايي آبهاي زيرزميني هستند و به دليل اندوختههاي زغالسنگ، نفت و گاز، نمك، كانيهاي آهندار و ديگر كانيهايي كه در صنعت ارزش دارند، بسيار مورد توجه هستند.
رسوبگذاري
هنگامي كه انرژي يك رود زياد است، بستر خود و هر چه را كه در راه آن است، خراب ميكند و خردهها را به خود جابهجا ميكند. هنگامي كه از انرژي رود كاسته ميشود، براي نمونه هنگامي كه شيب بستر كاهش مييابد يا حجم آب كاهش مييابد، توان جابهجايي مواد همراه خود را از دست مي دهد و تهنشيني آن مواد آغاز مي شود. آن مواد رسوبي ممكن است ذرههاي حاصل از خرد شدن سنگهاي آذرين، دگرگوني و حتي رسوبي باشند. به اين گونه رسوبها رسوبهاي آواري ميگويند.كوارتز، فلدسپات، كانيهاي سنگين و سپس ميكاها و كانيهاي رسي ، از ذرههاي رسوبهاي آواري هستند.
برخي از رسوبها پيامد فرايندهاي شيميايي و زيستشيميايي هستند. رسوبهاي آهكي درون غارها و رسوبهاي ژيپس و نمك خوراكي، از نمونههاي فراوان فرسايش شيميايي هستند. پوستهي آهكي برخي از جانداران دريايي پس از مرگ در كف دريا تهنشين ميشود و بخشي از سنگهاي رسوبي مي شود. اين پوششها حاوي كانيهايي از كربناتهاي كلسيم، منيزيم، سيليسيم و گاهي فسفاتها، سولفيدها و اكسيدهاي آهن هستند. برخي از سنگهاي رسوبي حاصل از آنها در معماري ارزش بسيار دارند.
فعاليتهاي آتشفشانهاي دريايي و قارهاي باعث پرتاپ شدن ذرههاي گوناگوني به صورت خاكستر، غبار، تكههاي كوچك و بزرگ و مادهي مذاب به پيرامون آتشفشان ميشود. اين ذرهها رويهم انباشته ميشوند و در پي فرايند فرسايش فيزيكي و شيميايي به جاهاي رسوبگذاري برده ميشوند اين گونه رسوبها را كه خاستگاه آتشفشاني دارند، رسوبهاي آذرآواري گويند. از برخورد شهابسنگها و گذر دنبالهدارها از نزديكي زمين نيز اندكي مواد رسوبي با خاستگاه فرازميني به محيطهاي رسوبي وارد ميشود. حجم اين رسوب در زماني كه جو زمين رقيق بوده، قابل توجه بوده است.
رسوبها در شرايط معيني در درياها و خشكيها تهنشين ميشوند. اين شرايط در جاهاي گوناگوني فراهم ميشوند كه از آنها با نام محيط رسوبي ياد ميكنند. اين محيطها عبارتند از:
1. مخروط افكنه. در دامنهي كوهها و جاي برخورد كوه با دشت به وجود ميآيد. مواد سازندهي آن قلوهسنگ، ريگ و گاهي ذرههاي رس است. ذرههاي رسوبي آن جورشودگي و گردشدگي ضعيفي دارند. لايههاي سازندهي آن نيز متقاطع و نامنظم روي هم قرار گرفتهاند.
2. دشت سيلابي. در زمينهاي به نسبت هموار پيرامون رودها به وجود ميآيد. در زمان سيل و طغيان، رودخانه تا آن جا گسترش مييابد. ماسههايي با جورشدگي به نسبت خوب همراه با تودههايي از گل و لاي و رس در آن ديده ميشوند. فسيلهاي نرمتنان آب شيرين و شاخ و برگ درختان نيز درون آنها يافت ميشود. گاهي داراي لايههاي متقاطع هستند.
3. دلتا. در جاي برخورد رود با دريا يا درياچه به وجود ميآيد. ماسههايي با جورشدگي وگردشدگي خوب، با لايههاي موازي و در بيشتر جاها متقاطع، در آنها ديده مي شود. فسيل نرمتنان آب شور و شاخ و برگ گياهان نيز درون آنها ديده ميشود.
4.تلماسهي ساحلي. در كنارهي درياهايي كه رطوبت كمي دارند به وجود مي آيد. ذرههايي با جورشدگي و گردشدگي خوب و لايههاي متقاطع، در آنها ديده ميشود.
5. محيط كولابي. رسوبگذاري در درياچههايي كه در اقليم خشك بياباني به وجود آمدهاند، بيشتر از رسوبگذاري شيميايي است. نمكهاي گوناگوني مانند ژيپس، انيدريت، نمك خوراكي، همراه با رسوبهاي سيلتي تيره رنگ كه گاهي از مواد آلي سرشار است، در آنها تهنشين ميشود.
6. محيط ساحلي. جايي است كه هنگام جزر از آب بيرون ميماند و هنگام مد زير آب ميرود. رسوبهاي آن درشت و ريز هستند و از قطعهسنگهاي بزرگ تا گل نرم در ميان آنها ديده ميشود. برجاي ماندههاي صدف نرمتنان و اسكلت آهكي مرجانها نيز درون آنها يافت ميشود.
7. فلات قاره. جايي است كه از سطح آب به هنگام جزر آغاز ميشود و تا ژرفاي 200 متر ادامه مييابد. رسوبهاي اين محيط از نظر ويژگي و پراكنش گوناگوني زيادي دارند، زيرا شدت موجها و جريانهاي دريايي و ورودي رودها در اين جا متفاوت است. در اينجا ماسه فراوان است. در دهانهي رود لاي و رس نيز فراوان است. رسوبهاي آهكي نيز به فراواني ديده ميشود. همچنين صخرههاي مرجاني در آنجا به وجود ميآيد.
8. محيط عميق. از ژرفاي 200 متر به پايين دريا گفته ميشود. داراي دو نوع رسوب اصلي است: رسوبهاي بسيار دانهريزي كه از قارهها آمدهاند، اما به دليل سبكي در جاهاي كمعمق رسوب نكردهاند. اين مواد را گلهاي دريايي ميگويند كه رنگ آنها ممكن است سبز، آبي ، قرمز يا زرد باشد. نوع ديگر رسوبهاي اين محيط از دستهي رسوبهاي آلي و بيشتر از برجاي ماندههاي اسكلت جانداران ريز دريايي، يعني پلانكتونها، است كه پوشش آهكي يا سيليسي دارند.
دياژنز: سنگزايي
پس از انباشته شدن رسوبها در محيطهاي رسوبي ممكن است فرايندهاي فيزيكي و شيميايي گوناگوني در آنها رخ دهد كه به سنگشدن آنها بينجامد. به مجموعهي فرايندهاي فيزكي و شيميايي كه پس از رسوبگذاري و طي روند سنگشدن رخ ميدهد، دياژنز يا سنگزايي ميگويند. عاملها و فرايندهاي زير در روند سنگزايي دخالت دارند:
1.گرما. هر چه از سطح زمين به پايين برويم، گرما افزايش مي يابد. افزايش گرما بر سرعت واكنشهاي شيميايي مي افزايد و بيرون رفتن آب و خشك شدن رسوبها را ممكن ميسازد.
2. فشار. وزن رسوبهاي بالايي فشاري پديد ميآورد كه مهمترين عمل فيزيكي در سختشدن رسوبهاست. فشار روي رسوبهاي لاي و رس بيشتر اثر ميگذارد. فشار در بيرون رفتن آب و خشكشدن رسوبها نيز اثر دارد.
3. از دست دادن آب. گرما و فشار برآمده از وزن لايههاي بالايي باعث خشك شدن رسوب مي شود، اما از دست دادن آب در دماي معمولي روي سطح زمين نيز رخ ميدهد.
4. سيماني شدن. آبهاي زيرزميني هنگام جابهجا شدن از بين سوراخها و شكافهاي ميان رسوبها، مواد محلول در خود را به صورت سيمان بين ذرههاي رسوبي جا ميگذارند كه باعث به هم پيوستن آنها ميشود. گاهي سيمان از خود رسوبها فراهم ميشود.
5. بلوري شدن دوباره. در اين فرايند يك كاني به حالت پايدارتري درميآيد. براي نمونه، صدف جانداران دريايي به صورت آراگونيت است، اما پس از مرگ جاندار به صورت كلسيت در ميآيد كه پايدارتر است. در اين فرايند تغييري در تركيب شيميايي كاني رخ نميدهد، اما بلوريشدن دوباره باعث پر شدن سوراخها و شكافهاي خالي ميشود.
6. واكنشهاي زيستشيمايي. در ژرفاي 75 متري، هر گرم لجن كف دريا نزديك 63 ميليون باكتري در خود دارد. اين باكتريها در پديد آمدن نفت، زغالسنگ و كانيهايي چون دولوميت پيريت نقش دارند. براي نمونه، باكتريهاي ناهوازي اكسيژن مورد نياز خود را از تركيبهاي سخت نشدهاي مانند 4 FeSO به دست ميآورند و مواد سختي مانند FeS را برجاي ميگذارند.
7. زمان. به تنهايي در سنگشدن رسوبها نقش ندارد، اما نقش عاملهاي ديگر طي زمان پر رنگ ميشود. براي نمونه، رسوبهاي نرم گل سفيد اگر چند لحظه در فشار 6000 اتمسفر بمانند، تغيير چنداني پيدا نميكنند، اما اگر براي 17 سال در همين فشار بمانند، سنگ آهك سختي ميشوند.
بافت سنگهاي رسوبي
از بافت سنگهاي رسوبي ميتوان چيزهايي دربارهي سرگذشت سنگ رسوبي، از جمله راهي كه طي كرده است و چگونگي محيط رسوبگذاري، برداشت كرد. سه نوع بافت اصلي را در سنگهاي رسوبي مي توان شناسايي كرد: بافت آواري و دو بافت ناآواري كه بلورين و اسكلتي ناميده ميشوند.
1. بافت آواري. از ذرههاي ريز و درشت درست شده است. در اين بافت علاوه بر اندازهي ذرهها، ميزان يك اندازه بودن ذرهها، كه به آن جورشدگي ميگويند، نيز مورد توجه است. از ميزان جورشدگي ميتوان اطلاعاتي پيرامون فرايند رسوبگذاري و محيط رسوبگذاري به دست آورد. براي نمونه، رسوبهاي بادي داراي جورشدگي خوب و رسوبهاي يخچالي داراي جورشدگي اندك هستند. ميزان گردشدگي ذرهها نيز مهم است كه به سختي و جنس ذرهها، ميزان برخوردهاييكه ذرهها با هم داشتهاند، درازي راهي كه طي شده و انرژي جابهجا كننده، بستگي دارد.
2. بافت بلورين. اين بافت را در سنگهاي رسوبي شيميايي ميتوان ديد. طي فرايند سنگزايي، مواد محلول در آب به طور مستقيم بلوري ميشوند يا در پي بلوريشدن دوباره، شبكهي به همپيوستهاي از بلورهاي از پيش موجود، پديد ميآيد. بلورها ممكن است با چشم ديده شوند(درشتبلور) يا براي ديدن آنها به ميكروسكوپ نياز باشد(ريزبلور). اگر بلورهاي سنگ از دو اندازهي متفاوت باشند، اصطلاح پورفيروبلاستيك را براي آن بافت به كار ميبرند.
3. بافت اسكلتي. اين بافت از گردهمآمدن بخشهاي سخت بدن بيمهرگان دريايي و پوششهاي سيليسي يا آهكي پلانكتونها به وجود ميآيد. صدفها و پوششهاي سخت پس از مرگ جانداران روي هم انباشته ميشوند و گاهي سيماني آنها را به هم پيوند ميدهد. بافت سنگ به دست آمده شبيه بافت آواري است، اما ذرههاي سازندهي آن بخشهاي سخت جاندارن است.
خانوادههاي سنگهاي رسوبي
سنگهاي رسوبي را در دو گروه سنگهاي آواري(ناشي از فرسايش فيزيكي) و ناآواري(ناشي از فرسايش شيميايي و زيستشيميايي) جاي ميدهند. سنگهاي آواري را بر پايهي اندازهي ذرهها در چهار خانوادهي بزرگتر از ماسه، به اندازهي ماسه، به اندازهي لاي و كوچكتر از لاي طبقهبندي ميكنند.
1. بزرگتر از ماسه: ذرههاي آن از 2 ميليمتر بزرگتر است.
الف) كنگلومرا، كه ذرههاي آن كم و بيش گرد شده است و در ميان سيماني از سيليس، آهك يا رس جاي گرفتهاند.
ب) برش كه ذرههاي آن گوشهدار است و جورشدگي خوبي ندارند و در پي فعاليتهاي ورقههاي قارهاي، فعاليتهاي آتشفشاني يا رسوبگذاري در يخچالها پديد ميآيند.
2. به اندازهي ماسه: ذرههاي آن بين 06/0 تا 2 ميليمتر است.
الف) ماسهسنگهاي كوارتزي، كه بيش از 90 درصد ذرههاي آن از كوارتز است.
ب) آركوز، كه 25 درصد ذرههاي آن از فلدسپاتها و بيش از 50 درصد آن از كوارتز است.
ج) گريواك، كه بخش زيادي از آن از كوارتز و فلدسپاتهاست، اما كانيهاي تيرهاي مانند ميكا، هورنبلند و پيروكسن نيز در آن ديده ميشود.
3. به اندازهي لاي: ذرههاي آن بين 06/0 تا 002/0 ميليمتر است.
الف) لاي سنگ، از ذرههاي كوارتز درست ميشودكه سيماني از جنس سيليس، آهك يا حتي رس آنها را به هم پيوند ميدهد. به اين سنگها سنگ سيلتي يا فورشسنگ نيز ميگويند و اگر نيمي از ذرههاي آنها از رس باشد، به آنها گلسنگ نيز گفته ميشود.
ب) لس، در پي سخت شدن رسوبهاي بادي به وجود ميآيد. لسها به طور معمول زردرنگ هستند و ذرههاي آنها بيشتر از كوارتز، فلدسپات، كلسيت، ميكا، كانيها آهندار و كانيهاي رسي است.
4. كوچكتر از لاي: ذرههاي آن از 002/0 ميليمتر كوچكتر است.
الف) سنگهاي رسي، بيش از نيمي از ذرههاي آنها از ذرههايي به اندازهي لاي كوچكتر است. كانيهاي رسي (سيليكاتهاي آبدار)، كوارتز، فلدسپات و ميكا به فراواني در آنها ديده ميشود.
ب) مارن، گونهاي سنگ رسي است كه ميزان كربنات كلسيم آن بين 25 تا 50 درصد است. اغلب مارنها به رنگ خاكستري ديده ميشوند، در خود فسيل دارند و با اسيدكلريدريك ميجوشند.
ج) شيل، به گروهي از سنگهاي رسي يا حتي لايسنگها گفته ميشود كه در پي فشارهاي كوهزايي، كم و بيش حالت ورقهاي از خود نشان ميدهند. شيلها در خود فسيل دارند و از برخي از آنها، كه شيل نفتي ناميده ميشوند، پس از تقطير نفت به دست ميآيد.
سنگهاي ناآواري را نيز در چهار خانوادهي سنگهاي آهكي، سنگهاي سيليسي، سنگهاي اشباعي و زغالسنگها جاي ميدهند.
1. سنگهاي آهكي: بيش از نيمي از تركيب آنها را كربنات كلسيم ميسازد.
الف) سنگ آهك معمولي، بيش از 90 درصد آن از كربنات كلسيم است. به رنگ شيري تا كرم ديده ميشود. هنگام شكستن داراي لبههاي تيز ميشود.
ب) چاك(گل سفيد)، سنگ آهك نرم و سفيدي است كه بيشتر از اسكلت جانداران ميكروسكوپي درست شده است.
ج) كوكينا، به طور كامل از صدف جاندران دريايي درست شده است.
د) تراورتن، سنگ آهك به نسبت خالصي است كه در خشكيها ديده ميشود و از رسوبگذاري آب چشمههاي حاوي كربنات كلسيم درست ميشود.
ه) دولوميت، سنگ آهكي است كه اندكي منيزيم دارد. در مقايسه با سنگ آهك معمولي تيرهتر است و اسيدكلريدريك رقيق بر آن بي اثر است.
2. سنگهاي سيليسي: بيش از نيمي از تركيب آنها را سيليس شيميايي يا زيستي ميسازد.
الف) چرت، نوعي سنگ سيليسي با دانههاي ريز كه فلينت(سنگ آتشزنه)، ژاسب(چت قرمز) و سنگ محك(چرت سياه) از نمونههاي شاخص آن است.
ب) دياتوميت، بيش از نيمي از تركيب آن را پوستهي جانداران تكسلولي به نام دياتومه ميسازند.
ج) تريپولي، يا سنگ سمباده كه بيشتر از كلسدوني درست شده و از هوازدگي ديگر سنگهاي سيليسي به وجود ميآيد.
3. سنگهاي اشباعي: از تهنشيني يونها در محيطهاي رسوبي پديد ميآيند.
الف) سنگ نمك، از كاني هاليت درست شده و اگر ناخالصيهايي از اكسيدهاي آهن يا رس داشته باشد، به رنگ زرد تا قرمز در ميآيد.
ب) سنگ گچ، از سولفات كلسيم درست شده و به دو صورت بيآب(انيدريت) و آبدار(ژيپس) يافت مي شود.
4. زغالسنگها: از پيكرهي گياهان كه در لابهلاي رسوبها جاي گرفتهاند، درست ميشوند.
الف) تورب، بين 45 تا 60 درصد كربن دارد و آن را زغالسنگ نارس ميدانند.
ب) ليگنيت، بين 60 تا 70 درصد كربن دارد و به رنگ قهوهاي تيره است.
ج) زغالسنگ معمولي، بين 70 تا 90 درصد كربن دارد و به رنگ سياه براق است.
د) آنتراسيت، بين 90 تا 95 درصد كربن دارد. براق و سياهرنگ است، اما دست را سياه نميكند.
ه) گرافيت، كربن 100 درصد خالص است كه به صورت ورقههاي نازك روي هم جاي گرفتهاند.
سنگهاي دگرگوني
برخي سنگها در پي فشار و گرماي زياد، بيآنكه ذوب شوند، دگرگونيهاي فيزيكي و شيميايي پيدا ميكنند و سنگهاي ديگري به نام سنگهاي دگرگوني را پديد ميآورند. سنگ دگرگوني ممكن است نسبت به سنگ مادر، شكل، اندازه، نوع كانيها و در نتيجه بافت و تركيب شيميايي بسيار تازهاي داشته باشد. هر چه گرما و فشاري كه به سنگها وارد مي شود، كمتر باشد، دگرگوني آنها كمتر است كه از آن به دگرگوني ضعيف ياد ميشود. به وجود آمدن گرافيت و برخي زغالسنگها از اين گونه است. اما هر چه گرما و فشاري كه به سنگ وارد مي شود، بيشتر باشد، دگرگونيها نيز بيشتر خواهد بود كه از آن به دگرگوني شديد ياد ميشود. به وجود آمدن الماس نمونهي از دگرگوني بسيار شديد است.
علاوه بر فشار و گرما، برخي سيالها نيز در فرايند دگرگوني دخالت دارند. بررسيها نشان داده است كه همهي سنگها به طور ميانگين 5/3 درصد دي اكسيدكربن و 5/5 درصد آب دارند. طي دگرگوني، آب و دياكسيد كربن سيال فعالي را به وجود ميآورند كه البته نقش آب پر رنگتر است. بررسيها نشان داه است كه فشار و گرماي زياد در بسياري از سنگها هيچ گونه دگرگوني به وجود نميآورند، اما اگر به سنگي كه در فشار و گرماي زياد است، اندكي آب افزوده شود، برخي كانيها با تندي بيشتر رشد ميكنند و حتي كانيهاي جديدي در سنگ به وجود ميآيد. چرا كه آب به جدا شدن برخي يونها از كانيها و جابهجا شدن آنها در سنگ كمك ميكند.
سنگهاي دگرگوني به روشهاي زير پديد ميآيند:
1. دگرگوني مجاورتي. گاهي سنگ مادر در كنار تودهي آذرين قرار ميگيرد. در اين صورت، در جاي برخورد آن با تودهي داغ، بلوريشدن دوباره و دگرگوني شديد رخ ميدهد. اما با زياد شدن فاصله از تودهي آذرين از شدت دگرگوني كاسته ميشود.
2. دگرگوني جنبشي. اين نوع دگرگوني در پي فشار جهتدار و گرماي فراهم شده از انرژي مكانيكي هنگام شكستن سنگها رخ ميدهد. در جاي گسلها، كه شرايط اين دگرگوني را دارند، سنگ دانه ريز و سياهرنگي به نام ميلونيت پديد ميآيد.
3. دگرگوني دفني. اين نوع دگرگوني در پي انباشته شدن پيوستهي رسوبها در كف محيطهاي رسوبي به وجود ميآيد. لايههاي زيرين در پي فشار وزن رسوبها فشرده مي شوند و سنگهاي رسوبي را پديد ميآورند. اما لايههاي بسيار پايينتر، در پي فشار و گرماي زياد رفتهرفته دگرگون ميشوند.
4. دگرگوني گرمابي. در اين دگرگوني آب بسيار داغ نقش مهمي دارد. اين آب ممكن است از ماگما يا آبها زيرزميني باشد. در اين دگرگوني گاهي موادي به سنگ مادر افزوده يا از آن برداشت مي شود.
5. دگرگوني برخوردي. در پي برخورد سنگهاي آسماني بزرگ بر سطح زمين رخ ميدهد. اين نوع دگرگوني در زمين كمياب است، اما در سطح ماه و مريخ به فراواني رخ ميدهد.
6. دگرگوني ناحيهاي. اين نوع دگرگوني نتيجهي همهي عاملهايي است كه در دگرگوني سنگها از آنها نام برديم. بيشتر سنگهاي دگرگوني نيز به همين روش به وجود ميآيند. اين نوع دگرگوني اغلب در فرورانش ورقههاي سنگكره رخ ميدهد. در ايران در راستاي رشته كوه زاگرس از سنندج تا حاجيآباد(شمال بندر عباس)اين نوع دگرگوني ديده مي شود و بخش زيادي از سنگهاي دگرگوني كه در كارهاي ساختماني كاربرد دارند، از معدنهاي همين ناحيه به دست ميآيد.
بافت سنگهاي دگرگوني
سنگهاي دگرگوني به دليل فشار همهسويهاي كه به آنها وارد ميشود، بسيار متراكم هستند و حجم فضاهاي خالي در آنها بسيار پايين است. دگرگوني جنبشي بيش از همه باعث بر هم خوردن بافت اوليهي سنگ ميشود. طي دگرگوني كانيهاي دانهريز با هم يكي ميشوند و كانيهاي دانهدرشتتري به وجود ميآورند. گاهي نيز، بهويژه در دگرگوني جنبشي، دانهها شكسته ميشوند و دانههاي ريزتري به وجود ميآيد. با بلوري شدن دوباره و رشد دانهها، ديوارهي بين دو كاني كنارهم، حالت دندانهاي و مضرس به خود ميگيرد. اين بافت را مضرسي يا درهم و گاهي دانهقندي ميگويند. فشار جهتدار عمودي نيز باعث جهتيافتگي كاني ها به صورتي ميشود كه سنگ نماي لايهاي يا نواري پيدا ميكند كه از آن به فولياسيون ياد ميشود.
خانوادههاي سنگهاي دگرگوني
سنگهاي دگرگوني را بر پايهي جهتيافتگي در دو گروه داراي جهتيافتگي و بدون جهتيافتگي جاي ميدهند.
1. سنگهايي كه كانيها آنها جهتيافتگي دارند: اين سنگها مانند سنگهاي رسوبي نماي لايهاي دارند.
الف) اسليت، در پي دگرگون شدن ضعيف شيلها پديد ميآيد. كانيهاي رسي،كوارتز، مسكوويت و كلريت از كانيهاي اصلي آن هستند.
ب) فيليت، در پي دگرگون شدن ضعيف شيلهايي پديد ميآيد كه كانيها ورقهاي بزرگتري دارند. اين سنگ با داشتن سطح براق از اسليت بازشناخته ميشود.
ج) شيست، از دگرگون شدن شديد شيلها پديد ميآيد. بيش از نيمي از كانيهاي آن را كانيهاي ورقهاي مانند مسكوويت و بيوتيت تشكيل ميدهند. دوگونه از شيستها، تالكشيست و كلريتشيست، از دگرگوني سنگهاي بازالتي پديد ميآيند.
د) گنايس، فراوانترين سنگ دگرگوني است. سنگ مادر آن ممكن است گرانيت، ريوليت، سنگهايي با دگرگوني ضعيف و سنگهاي رسوبي، مانند آركوز، باشد. كانيهاي اصلي گنايسها از كوارتز، فلدسپات سديمدار و فلدسپات پتاسيمدار است. بيشتر آنها نوارهاي يكدرمياني از رنگ سفيد يا صورتي و لايههاي تيره دارند. گنايسي كه بيشتر از كانيها تيره درست شده باشد، آمفيبوليت نام دارد.
2. سنگهايي كه كانيهاي آنها جهتيافتگي ندارند: اين سنگها مانند سنگهاي آذرين نماي تودهاي دارند.
الف) مرمر، از دگرگوني سنگهاي آهكي و دولوميت پديد ميآيد. اگر خالص باشد به رنگ سفيد برفي و اگر داراي كانيهايي مانند ميكا، گرونا، ولاستونيت و كلريت باشد، به رنگهاي سبز، صورتي، خاكستري و حتي سياه ديده ميشود.
ب) كوارتزيت، در پي دگرگوني نه چندان شديد ماسهسنگ كوارتزي پديد ميآيد. كوارتزيت خالص سفيدرنگ است اما اكسيدهاي آهن آن را صورتي يا قرمز ميكنند.
ج) هورنفلس، از دگرگوني مجاورتي سنگهاي رسي پديد ميآيد. بافت مضرس و رنگ تيرهاي دارد.
چرخهي سنگ
طي زمان دراز و در پي واكنشهاي شيميايي، فيزيكي و زيستي، هر سه گروه سنگها ميتوانند به هم تبديل شوند. سنگهاي آذرين از سرد شدن مادهي مذاب به وجود ميآيند. اگر فرياند سرد شدن مادهي مذاب زير پوستهي زمين رخ دهد، سنگهاي آذريت دروني پديد ميآيند. سنگها آذرين بيروني از سرد شدن گدازه نزديك يا روي سطح زمين به وجود ميآيند. زمين شناسان بر اين باورند كه سنگهاي آغازين زمين همه از نوع آذرين بودهاند، چرا كه زمين در آغاز تودهاي از مادهي مذاب بوده است.
سنگهاي آذرين در برخورد با هوا و آب دچار هوازدگي و فرسايش ميشوند و به صورت ذرههاي كوچكتري ميشكنند و خرد ميشوند. آن ذرهها در پي نيروي گرانش، آبهاي جاري، يخچالها، موج دريا و باد جابهجا ميشوند و به محيطهاي رسوبگذاري، بهويژه درياها و درياچهها، ميروند. طي اين جابهجايي نيز بيش از پيش خرد ميشوند. رسوبها در محيطهاي رسوبگذاري به صورت لايههاي موازي و افقي روي هم انباشته ميشوند و طي فرايند سنگزايي، سخت ميشوند و سنگهاي رسوبي را پديد ميآورند.
اگر سنگهاي رسوبي در ژرفاي زيادي جاي گرفته باشند، در پي فشار وزن لايههاي بالايي يا فشار فراهم شده از جابهجايي ورقههاي زمين و گرماي درون زمين، آرامآرام دگرگون ميشوند و سنگهاي دگرگوني را ميسازند. سنگهاي دگرگوني نيز اگر گرماي بيشتري ببينند، ذوب ميشوند و ماگما ميسازند. از سرد شدن ماگما نيز بار ديگر سنگ آذرين پديد ميآيد.
اين چرخهي سنگ، كه از آغاز پديد آمدن زمين همواره ادامه داشته است، بيش از 200 سال پيش از سوي جيمز هاتن پيشنهاد شد. او با گردآوري يافتههاي زمينشناسان پيش از خود به اين نتيجه دست يافت. اين چرخه با افزايش آگاهي دانشمندان از فرايند زمينساخت ورقهاي بيش از پيش روشنتر شد. اين چرخه ميانبرهايي نيز دارد. براي نمونه گاهي سنگ آذرين بي آن كه هوازده شود و سنگ رسوبي پديد آورد، در پي گرما و فشار به سنگ دگرگوني تبديل ميشود. جاي برخورد ورقههاي قارهاي نمونهاي از جاهايي است كه اين فرايند در آن رخ ميدهد.