Skała (geologia)

Zobacz także: Formacja skał
Odkrywka skalna wzdłuż górskiego potoku w pobliżu Orosí, Kostaryka.

Skały składają się głównie z ziaren minerałów, które są krystalicznymi ciałami stałymi utworzonymi ze związku chemicznego ułożonego w uporządkowany sposób. Łączne minerały tworzące skałę są utrzymywane razem przez wiązania chemiczne. Niektóre skały zawierają również mineraloidy, które są sztywnymi, mineralnymi substancjami podobnymi do minerałów, takimi jak szkło wulkaniczne,:55,79 które nie mają struktury krystalicznej. Rodzaje i obfitość minerałów w skałach zależą od sposobu, w jaki powstały.

Większość skał zawiera minerały krzemianowe, związki, które zawierają czworościany tlenku krzemu w swojej sieci krystalicznej, stanowiące około jednej trzeciej wszystkich znanych gatunków minerałów i około 95% skorupy ziemskiej. Udział krzemionki w skałach i minerałach jest głównym czynnikiem określającym ich nazwy i właściwości.

Skały są klasyfikowane według cech takich jak skład mineralny i chemiczny, przepuszczalność, tekstura cząstek składowych i wielkość cząstek. Te właściwości fizyczne są wynikiem procesów, które uformowały skały. Z biegiem czasu skały mogą przekształcać się z jednego typu w inny, co opisuje model geologiczny zwany cyklem skalnym. W wyniku tej transformacji powstają trzy ogólne klasy skał: iglaste, osadowe i metamorficzne.

Te trzy klasy są podzielone na wiele grup. Nie ma jednak twardych i sztywnych granic między pokrewnymi skałami. Przez wzrost lub spadek proporcji ich minerałów, przechodzą one przez gradacje od jednej do drugiej; charakterystyczne struktury jednego rodzaju skały mogą być w ten sposób śledzone stopniowo łącząc się z tymi z innego. Stąd definicje przyjęte w nazwach skał odpowiadają po prostu wybranym punktom w stale stopniowanej serii.

Skały iglaste

Główny artykuł: Igneous rock
Próbka gabro iglastego

Skała iglasta (wywodząca się od łacińskiego słowa igneus, oznaczającego ogień, od ignis oznaczającego ogień) powstaje w wyniku stygnięcia i krzepnięcia magmy lub lawy. Magma ta może pochodzić z częściowego stopienia wcześniej istniejących skał w płaszczu lub skorupie planety. Zazwyczaj topienie skał jest spowodowane przez jeden lub więcej z trzech procesów: wzrost temperatury, spadek ciśnienia lub zmianę składu.

Skały iglaste dzielą się na dwie główne kategorie:

  • Skały plutoniczne lub intruzywne powstają, gdy magma stygnie i krystalizuje się powoli w skorupie ziemskiej. Powszechnym przykładem tego typu jest granit.
  • Skały wulkaniczne lub ekstruzyjne powstają, gdy magma wydostaje się na powierzchnię w postaci lawy lub fragmentarycznych wyrzutów, tworząc minerały takie jak pumeks lub bazalt.

Zasobność chemiczna i szybkość chłodzenia magmy tworzy sekwencję znaną jako seria reakcji Bowena. Większość głównych skał iglastych występuje w tej skali.

Około 65% objętości skorupy ziemskiej składa się ze skał iglastych, co czyni je najbardziej obfitą kategorią. Z tego 66% to bazalt i gabro, 16% to granit, a 17% granodioryt i dioryt. Tylko 0,6% to sjenit, a 0,3% to ultramaficy. Skorupa oceaniczna składa się w 99% z bazaltu, który jest skałą iglastą o składzie maficznym. Granit i podobne skały, zwane granitoidami, dominują w skorupie kontynentalnej.

Skały osadowe

Główny artykuł: Skała osadowa
Piaskowiec osadowy z pasmami tlenku żelaza

Skały osadowe powstają na powierzchni Ziemi przez nagromadzenie i scementowanie fragmentów wcześniejszych skał, minerałów i organizmów lub jako osady chemiczne i narośla organiczne w wodzie (sedymentacja). W wyniku tego procesu osady klastyczne (kawałki skał) lub cząstki organiczne (detrytus) osiadają i gromadzą się, a minerały chemicznie wytrącają się (odparowują) z roztworu. Cząstki stałe ulegają następnie zagęszczeniu i cementacji w umiarkowanych temperaturach i ciśnieniach (diageneza).

Przed osadzeniem osady powstają w wyniku wietrzenia wcześniejszych skał przez erozję w obszarze źródłowym, a następnie są transportowane do miejsca osadzenia przez wodę, wiatr, lód, ruchy masowe lub lodowce (czynniki denudacji). Około 7,9% objętości skorupy ziemskiej stanowią skały osadowe, z czego 82% to łupki, a pozostałą część stanowią wapienie (6%), piaskowce i arkozy (12%). Skały osadowe często zawierają skamieniałości. Skały osadowe tworzą się pod wpływem siły ciężkości i zazwyczaj są osadzone w poziomych lub prawie poziomych warstwach lub pokładach, i mogą być określane jako skały warstwowe.

Skały metamorficzne

Główny artykuł: Metamorphic rock
Metamorficzny gnejs pasmowy

Skały metamorficzne powstają w wyniku poddania działaniu dowolnego typu skały – skał osadowych, skał iglastych lub innych starszych skał metamorficznych do innych warunków temperatury i ciśnienia niż te, w których powstała skała pierwotna. Proces ten nazywany jest metamorfizmem, co oznacza „zmianę formy”. Wynikiem tego procesu jest głęboka zmiana właściwości fizycznych i składu chemicznego kamienia. Pierwotna skała, zwana protolitem, przekształca się w inne rodzaje minerałów lub inne formy tych samych minerałów, poprzez rekrystalizację. Temperatury i ciśnienia wymagane do tego procesu są zawsze wyższe niż te występujące na powierzchni Ziemi: temperatury wyższe niż 150 do 200 °C i ciśnienia rzędu 1500 barów. Skały metamorficzne stanowią 27,4% objętości skorupy ziemskiej.

Trzy główne klasy skał metamorficznych opierają się na mechanizmie powstawania. Wtargnięcie magmy, która ogrzewa otaczającą skałę, powoduje metamorfizm kontaktowy – przemianę zdominowaną przez temperaturę. Metamorfizm ciśnieniowy występuje, gdy osady są zakopane głęboko pod ziemią; dominuje ciśnienie, a temperatura odgrywa mniejszą rolę. Nazywa się to metamorfizmem pogrzebowym, a jego efektem mogą być skały takie jak jadeit. Gdy rolę odgrywa zarówno ciepło, jak i ciśnienie, mechanizm ten określa się mianem metamorfizmu regionalnego. Występuje on zazwyczaj w regionach górskich.

Zależnie od struktury, skały metamorficzne dzieli się na dwie ogólne kategorie. Te, które posiadają teksturę są określane jako liściaste; pozostałe są określane jako niefoliowane. Nazwa skały jest następnie określana na podstawie rodzaju występujących w niej minerałów. Schisty są skałami listkowymi, które składają się głównie z minerałów płytkowych, takich jak mice. Gnejs ma widoczne pasma o różnej jasności, a powszechnym przykładem jest gnejs granitowy. Inne odmiany skał listkowych to łupki, filolity i mylonity. Znane przykłady niefoliowanych skał metamorficznych to marmur, steatyt i serpentynit. Ta gałąź zawiera kwarcyt – zmetamorfizowaną formę piaskowca – oraz hornfels.