Vài trò của Thạch Anh trong Đá Biến Chất

Vai trò của thạch anh trong đá biến chất rất phức tạp, do lượng silic dioxyt có thể quyết định sự hình thành đá trong suốt quá trình địa chất. Trong quá trình biến chất bậc thấp, ở nhiệt độ và áp suất thấp, lượng thạch anh của đá phái sinh sẽ không khác biệt lớn so với đá gốc, do thạch anh vẫn gần như là một chất trơ dưới những điều kiện này, nhưng ở nhiệt độ cao hơn, thạch anh bắt đầu phản ứng với các khoáng khác để hình thành silicat. Vậy nên trong khi nó cùng tồn tại với các khoáng khác trong những điều kiện nhất định, nó có thể đơn giản biến mất khỏi đá trong các điều kiện khác, ví dụ trong sự đun nóng kéo dài. Những yếu tố khác quyết định tới tính phản ứng và sự hủy diệt của thạch anh trong đá là lượng nước, lượng CO2 và oxy, etc.

Những đá mà chứa nhiều silic dioxyt và carbonat có vai trò là một ví dụ, do quy trình trong chúng khá đơn giản, ít nhất là khi được so sánh với các quy trình trong đá silicat. Đá vôi, một đá trầm tích, phần lớn được tạo thành từ canxit, CaCO₃. Thạch anh và canxit có thể cùng tồn tại qua nhiều điều kiện khác nhau, và các tinh thể thạch anh được tìm thấy trong đá vôi khá phổ biến. Ví dụ như, những loại thạch anh tại sinh hình thành bên trong đá vôi. Sự biến hình ở nhiệt độ cao sẽ chuyển đá vôi sang đá hoa, và các tinh thể thạch anh cũng sẽ được tìm thấy trong loại đá đó như Kim cương Carrara nổi tiếng.

Tuy nhiên, ở nhiệt độ trên khoảng 450°C, thạch anh có thể sẽ bắt đầu phản ứng với canxit để hình thành nên khoáng wollastonite. Ca₃Si₃O­₉.

3 SiO₂ + 3 CaCO₃ → Ca₃Si₃O₉ + 3 CO₂    [10]

Phản ứng này thải ra CO₂, và tùy thuộc vào lượng CO₂ hiện có (chính xác là một phần áp suất CO₂), phản ứng có thể bị ngăn cản tới khi chạm tới nhiệt độ cao hơn. Kết quả là, phản ứng tự nó ức chế. Cũng có sự lệ thuộc vào áp suất chung, cũng như áp suất H₂O, và thạch anh và anxit có thể ổn định ở nhiệt độ trên 700°C khi không có nước. Phản ứng nghịch không thể diễn ra nếu CO₂ bị thoát rag khỏi đá và thạch anh sẽ không được hình thành lại khi đá lame nguội. Thực tế rằng CO₂ bị tách ra khỏi hệ thống và bị đóng băng, sản phẩm hệ thống lame cho các phản ứng silic-carbonat và khoáng được hình thành bên trong chúng là những chất chỉ thị quan trọng trong quá trình biến đổi.

Tất nhiên, bất kì loại thạch anh nào giữ được sau khi bị biến chất ở cấp độ cao cũng phụ thuộc vào lượng thạch anh ban đầu trong đá. Thạch anh có thể có nhiều hơn mức quy định, nên không có đá nào được tiêu thụ. Người ta có lẽ nên giữ trong suy nghĩ của mình rằng các phản ứng này rất chậm, và nhiều đá không hoàn thiện, đó là, các phản ứng hóa học chưa được hoàn thiện và các thành tố khoáng không đạt được sự cân bằng hóa học.

Nếu một đá chứa nhiều hạt dolomite, MgCa(CO₃)₂, là khoáng khá phức tạp. Nhìn chung, thạch anh ít ổn định trong đá hoax dolomite hơn là trong đá hoax calcite và sẽ bắt đầu phản ứng với dolomite ở khoảng 400°C. Một sản phẩm thông dụng của thạch anh, dolomite và nước là đá tan Mg₃[(OH)₂/SiO₄], a .

3 MgCa(CO₃)₂ + 4 SiO₂ + H₂O → Mg₃[(OH)₂/SiO₄] + 3 CaCO₃ + 3 CO₂    [11]

Ở nhiệt độ cao, đá tan sẽ phản ứng với calcite và thạch anh để hình thành khoáng tremolite, Ca₂Mg₅[(OH)₂/Si₈O₂₂], một ví dụ , lại thải rag CO2 lần nữa.

5 Mg₃[(OH)₂/SiO₄] + 4 SiO₂ + 6 CaCO₃ → 3 Ca₂Mg₅[(OH)₂/Si₈O₂₂] + 6 CO₂ + 2 H₂O     [12]

Thêm vào đó, tremolite có thể tiêu thụ có thể tốn lượng lớn thạch anh và canxit để hình thành khoáng diopsidei, CaMgSi₂O₆, khoáng pyroxene.

Ca₂Mg₅[(OH)₂/Si₈O₂₂] + 2 SiO₂ + 3 CaCO₃ → 5 CaMgSi₂O₆ + 3 CO₂ + 2 H₂O     [13]

Cần chú ý rằng các khoáng ở cả hai phía của công thức [10] và 13] có thể cùng tồn tại trong một đá, và có nhiều mặt chồng nhau đối với các khoáng trong các phản ứng. Vậy nên, một người có thể phụ thuộc vào điều kiện từng nơi, tìm rag thạch anh cùng với diopside và tremolite, hay đá tan cùng với thạch anh và tremolite.

Vấn đề phức tạp hơn trong những đá chứa alumosilicates bên cạnh carbonat và silic dioxyt, như là marno và những đá biến chất tái sinh của chúng.

Trong đá này, một vân thạch anh cắt ngang qua đá hoax dolomite. Giữa những thạch anh không màu và thạch anh dolomite màu nâu sáng, người ta có thể thấy đá tan màu xanh xám với độ sáng mượt. Từ Feldbachtal, phía bắc của Binntal, Wallis, Thụy Sỹ.

Quartzite  là một loại đá biến chất tạo thành từ khoảng ít nhất là 80% thạch anh. Quartzite được hình thành từ những đá trước kia tạo thành từ thachja nh, bao gồm sa thạch, đá phiến, radiolarites. Trong phần lớn các trường hợp, chỉ đơn giản là sa thạch hoàn thiên vào trong một đá thô được cấu thành từ những hạt thạch anh kết hợp chặt chẽ với nhau và trải qua một quá trình biến đổi cấp độ thấp ở nhiệt độ thấp. Trong nhiều sa thạch, các hạt đơn lẻ có thể được xác định bằng mắt thường, trong khi quartzite trông thuần nhất và bề mặt khe nứt của nó không cho thấy cấu trúc sần thô, mờ. Thay vào đó, khe nứt cắt ngang qua hạt thạch anh đơn lẻ và có thể có chút độ sáng. Trong khi trong sa thạch, các hạt sa thạch đơn lẻ gần như trong, hạt trong quartzite nhọn hơn và giống như những lỗ hổng cũ trong sa thạch  được lấp bởi các chất thạch anh trong suốt sự kết tinh lại của hạt thạch anh, quartzite không xốp lắm. Nó cũng ít nhạy cảm với sự phong hóa trong khí hậu lạnh và ôn hòa ở những vách đá dốc và phần nhô lên ở một địa điểm. Quartzite thường trong mờ hơn sa thạch và trông hơi giống đá hoa. Nặng hơn và rất thô, nó dễ dàng được phân biệt với đá hoax. Quartzite thường chứa nhiều hạt mica muscovite nhỏ.

Hình ảnh cho thấy một mẫu quartzite từ Saasbach ở Äginental, Ulrichen, Wallis, Thụy Sĩ, phía bắc của Nufenenpass. Chú ý đến bề mặt khe nứt sáng.

Một mẫu nhỏ hơn từ cùng một địa điểm. Nó khá khí để nhận dạng hạt đơn lẻ trong cấu trúc kết hợp chặt chẽ. Những miếng vá được gây ra do những hình lập phương pyrite nhỏ.

Cận cảnh một vật mẫu trước đó, cho thấy sự trong mờ và bề mặt lấp lánh. Sự phản chiếu không phải được gây ra do các mặt tinh thể, nhưng bởi khe nứt conchoidal xuyên qua các hạt đơn lẻ.

Một gneiss là một đá biến chất cho thấy những lớp và sự thẳng hàng của các cấu trúc song song với mặt. Sự phân loại đá như một gneiss chủ yếu dựa trên kết cấu mà không phải thành phân của nó, nhưng mọt gneiss nên chứa lượng lớn feldspar. Không có định nghĩa khắt khe cho lượng feldspar tối thiệu cần có để tạo thành một gneiss (Vĩn, 2003). Thuật ngữ “gneiss” xếp vào một nhóm lớn các đá và có sự chuyển tiếp dần sang đá nghiền cũng như đá lửa xâm nhập (đá dạng granite). Một mẫu thức chung của các gneiss là khuynh hướng tách thành những mảng dày hơn 1 cm (Vinx, 2003), trong khi shists và phyllites có khuynh hướng tạo thành những tấm mảnh hơn. Tùy thuộc vào đá trước đó, orthogneiss phái sinh từ đá lửa và paragneiss phái sinh từ đá trầm tích đôi khi có thể phân biệt được. Không phải tất cả các gneiss đều chứa thạch anh, nhưng phần lớn đều có, do các đá trước thường là đá granite hay đá trầm tích có thạch anh.

Một đá gneiss tiêu biểu có hình dạng thắt, tuy nhiên, nó không tách ra thành những tấm mỏng mà hình thành những đá cuội lớn chỉ với khuynh hướng vừa phải dọc theo các lớp. Dải không có không gian đồng đều, Khoáng màu đen gần như là biotite, thành phần màu sáng là feldspar và có chút thạch anh. Từ Rossbode, �ginental, cạnh Nufenenpass, Ulrichen, Wallis, Thụy Sỹ.

Hình ảnh cho thấy một đá orthogneiss được hình thành từ đá granite ở phía nam của vành đai đá biến chất (đôi khi được gọi là “Altkristallin”) vây qianh Aar Massive, khá gần với khách sạn Belvedere, Furkapass, Wallis, Thụy Sĩ. Những đá ở vành đai này thường phải chịu những tác động kiến tạo mạnh và đôi khi là cả những phyllites. Đá chứa chủ yếu những orthoclase feldspar đỏ, thạch anh xám và biotite đen. Ở nhiệt độ cao, thạch anh dễ có xu hướng bị biến dạng cơ học hơn so với feldspar và sẽ kết tinh lại để có những hạt dài hơn, trong khi những tinh thể thạch anh chắc hơn và hình thành những hạt không theo quy định nhưng tròn. Kết quả là một cấu trúc mà các tinh thể feldspar bị vùi xuống bởi khoáng mica được gọi là augengneiss.
Đá bảng, phyllites và mica là những đá biến chất địa tầng được phái sinh từ đá trầm tích với các khoáng sét, thường ở những môi trường nước mặn sâu. Sự hiện diện của chúng luôn cho thấy những quy trình hình thành núi (sự tạo núi). Đá bảng được tạo thành từ silicat và thạch anh kết lại và trải qua sự biến chất ở mức độ thấp yếu. Trong phyllites, loại đá tạo thành từ sự biến chất ở mức thấp, các tinh thể mica mịn và sáng đến nỗi mà chúng khó có thể nhìn thấy bằng mắt thường. chúng được tạo thành chủ yếu từ mica (50% hoặc hơn thế), thạch anh và carbonat. Đá mica hình thành từ phyllites trong sự biên schaast mức trung bình và trông thô hơn. Cấu tạo khoáng của chúng là giống nhau, nhưng chúng thường chứa những khoáng phụ như ngọc hồng lựu và amphiboles.

Nhiều đá mica và phyllites chứa những hạt thạch anh thô sáng. Nếu như những đá này hay đá trước chúng chịu lực kiến tạo, thạch anh có khuynh hướng tách khỏi đá và tích lũy các khối dạng kính trắng, thô sáng hay những vân kéo dài không theo quy định xuyên qua song song các lớp của đá. Thạch anh do đó đôi khi được gọi là thạch anh phân tách, và sự hiện diện của nó là dấu hiệu của một sự tạo đá lâu dài từ mức yếu đến trung bình. Một số trong những hình ảnh thạch anh phân tách được trình bày trong chương Sự xảy ra.

Trong sự biến chất đá mức độ cao, mica sẽ chuyển dần sang paragneiss và hiện nay sự cấu tạo khoáng thay đổi cùng với sự tiêu thụ thạch anh- thạch anh phản ứng với khoáng mica để hình thành các khoáng khác, ví dụ như: feldspar và andalusite ( hay sillimanite, phụ thuộc vào áp suất):

KAl₂[(OH)₂/AlSi₃O₁₀] + SiO₂ → KAlSi₃O₈ + Al₂SiO₅ + 2 H₂O     [14]
muscovite + thạch anh → K-feldspar + andalusite + nước

Đây là một trong số các lý do tại sao nhiều paragneisses có lượng thạch anh chung thấp hơn.

Phần lớn mica chứa lượng lớn thạch anh, nhưng vân thạch anh bị che giấu giữa những mảng mica sáng. Trong đá mica màu sáng, mica thường là muscovite hay paragonite, mica tối màu hơn chứa nhiều biotite hơn hay mica phengite. Từ Mittleberg, Binntal, Wallis, Thụy Sỹ.

Mặc dù nó giống với mica với những thấu kính thạch anh phân tách tiêu biểu, loại đá này không hình thành từ đá trầm tích, nhưng từ granodiorite trong lực kiến tạo mạnh gây ra sự nghiền và kết tinh lại đá gốc. Đá đó được gọi là mylonite, hay, nếu những hạt đá không thể nhìn thấy bằng mắt thường, gọ là ultramylonite. Đá Mylonite trông khá giống một phyllite đôi khi được gọi là phyllonite, và giống như mica và phyllite thực phái sinh từ đá trầm tích, vân và thấu kính thạch anh phân tách thường  xuyên xảy rag. Vật mẫu được lấy từ vật liệu ở điểm khai quật hầm ở Kraftwerke Oberhasli, Haslital, phía bắc của đèo Grimsel, Kanton Bern, Thụy Sỹ.

Thông tin về đá thắt, khoảng 30 km ở phía đông bắc của Kuruman, Nam Mỹ.  Itabirite, Serra Dos Carajas, Pará, Brazil

– Phạm Thị Hòa dịch