Giới thiệu: Đá Thạch Anh là gì?

Giới thiệu

Thạch anh là một trong số những khoáng sản phong phú nhất, và là thành phần chính trong nhiều đá, nó là một khoáng tạo đá quan trọng. Nó được ước tính rằng khoảng 12% khối lượng vỏ Trái Đất được tạo thành từ thạch anh.

Trong điều kiện ở trên hay gần bề mặt, thạch anh ổn định hơn so với các khoáng khác và mang vai trò gần như thụ động trong môi trường địa chất, và đây là lý do tại sao các tinh thể thạch anh hàng tỷ năm trước ở Brazil trong sạch và mới như tinh thể đá ở núi cao được hình thành chỉ mới 10 triệu năm trước.

Xem thêm các mẫu Trụ Đá Thạch Anh Hồng: 

https://kimtuthap.vn/tong-hop-nhung-thong-tin-ve-tru-thach-anh-hong/

Nhưng trong khi về mặt hóa học nó gần như là một chất thụ động và trơ trên bề mặt, thạch anh là một chất phóng xạ dưới điều kiện nằm sâu trong vỏ Trái Đất. Ở đây, trong nhiệt độ và áp suất cao, nó tham gia vào nhiều phản ứng hóa học trong quá trình hình thành đá và khoáng chất.

Hình ảnh phía bên phải được chụp ở Công viên quốc gia Zion, Utah, Myxvaf cho thấy sa thạch được tạo thành từ các đụn cát Triassic bị phong hóa thành hình dạng kỳ dị. Các đá này tạo bao gồm gần như tất cả thạch anh.

Sự phân bố thạch anh ở những loại đá khác nhau:

Thạch anh được phân bố không đồng đều: Một số đá hoàn toàn được tạo nên từ thạch annh, số khác thì hoàn toàn không có. Đá ở vỏ Trái Đất được chia nhỏ ra thành 3 nhóm (dữ liệu trong Okrusch and Matthes, 2005, sau cuốn của Ronov and Yaroshevsky, 1969):

• Đá có tính lửa- những đá có nguồn gốc từ magma và do đó có tên là đá nhão. Chúng bị làm nguội hoặc bị đông lại dần trong vỏ Trái Đất, rồi chúng được gọi là đá lửa xâm nhập hay đá sâu. Hoặc chúng làm nguội nhanh ở ngay bề mặt hay gần đó, rồi chúng được gọi là đá lửa đẩy ra, hay phổ biến hơn gọi là đá núi lửa. Người ta ước tính rằng đá lửa chiếm khoảng 64.7% khối lượng vỏ Trái Đất.
• Đá trầm tích- những đá được tạo thành từ khoáng lắng đọng. Phần lớn lớp vỏ trái Đất được bao phủ bởi đá trầm tích và các trầm tích không đông như cát, nhưng sự đóng góp vào khối lượng chung của vỏ Trái Đất là khá thấp: chỉ 7.9% vỏ Trái Đất được tạo thành từ đá trầm tích.
• Đá biến chất- những đá phái sinh từ cả đá phun trào và đá căn tiếp xúc với nhiệt độ và/ hoặc áp suất trong các điều kiện khác nhau của sự hình thành ban đầu của chúng. Đây là một lớp đa dạng của đá với nhiều thành phần khoáng. Đá biến chất được ước tính góp vào 27.4% khối lượng vỏ Trái Đất.

Lượng thạch anh lớn nhất chứa trong đá lửa, đặc biệt là đá được gọi là granitoids, granites và các đá có liên quan. Khi người ta nói tới vỏ Trái Đất nói chung, đá núi lửa thường phổ biến ở bề mặt hơn so với granitoids, do nó bao quanh lớp vỏ đại dương phần lớn được tạo thành bởi basalt và grabbro. Những đá này có lượng thạch anh khá thấp hoặc không có. Mặt khác, vỏ lục địa còn chứa nhiều đá granite rất giàu thạch anh, nên gần như tất cả thạch anh được tìm thấy trong vỏ lục địa bao phủ khoảng 40% bề mặt Trái Đất. [1]

Sự tập trung cao lượng thạch anh có thể tìm thấy trong các đá trầm tích như sa thachj, cũng như trong đất phù sa, cát biển và cồn cát. Ngoài ra, đá vôi cũng rất phổ biến và đặc biệt có hàm lượng thạch anh thấp. Sự phong phú của sa thạch và cát ở bề mặt Trái Đất hơi nhầm lẫn một chút, vì đá trầm tích phủ phần lớn Trái Đất nhưng chỉ chiếm phần nhỏ trong lớp vỏ, vậy nên lượng thạch anh tổng quan trong chúng khá thấp.

Đá biến chất cũng cho thấy sự biến đổi lớn trong hàm lượng thạch anh. Dung lượng thạch anh thường phản ánh thành phần khoáng chất của đá trước đó. Hàm lượng cao thạch anh được tìm thấy trong quartzite và một số đá nghiền nhất định, trong khi đó đá phái sinh từ đá vôi và một số đá lửa nhất định khác có thể không có. Lượng thạch anh tổng quan có trong đá biến chất thấp hơn so với đá lửa nhưng cao hơn so với đá trầm tích. Sự biến hóa là quy trình chủ yếu mà thạch anh có thể hoặc sản sinh hoặc tiêu thụ và biến mất khỏi môi trường trong quá trình tạo khoáng mới.

Cuối cùng, thạch anh và tất cả các chất đa hình silic khác đều không có trong lớp đá ngoài trên cùng của trái đất, và sự hiện hữu của silic dioxyt như stishovite và seifertite hai chất ổn định dưới điều kiện này trong lớp vỏ dưới là không đáng tin cậy.

Hàm lượng thạch anh và hàm lượng silic dioxyt trong đá:

Do tầm quan trọng của thạch anh trong các quy trình địa hóa học, đá thường được phân loại theo hàm lượng thạch anh và hàm lượng silic dioxyt. Thạch anh là một dạng thức của silic dioxyt, SiO₂, nhưng thuật ngữ “hàm lượng thạch anh” và “hàm lượng silci dioxyt” có ý nghĩa hoàn toàn khác nhau.

Trên trang này:

• Hàm lượng thạch anh có nghĩa là hàm lượng liên quan của khoáng thạch anh trong một đá.
• Hàm lượng silci dioxyt nghĩa là lượng SiO₂ có liên quan trong thành phần hóa học chung của một đá hay một khoáng.

Ví dụ như, một đá được tạo thành hoàn toàn từ fenspat trắng, NaAlSi₃O₈­, một fenspat có dung lượng thạch anh 0% nhưng chứa tới 77.3 % silic dioxyt.

Tinh thể đá Thạch anh trắng

Đó là một thói quen thể hiện thành phần hóa học của một khoáng như một công thức oxyt (phần lớn là do mối quan hệ cấu trúc giữa các nguyên tố có liên quan không được biết tới một cách chính xác), và nó vẫn hữu ích nếu một nguyên tố phản ánh hàm lượng silic dioxyt. Vậy nên trong trường hợp đá fenspat trắng, thay vì NaAlSi₃O₃, người ta cũng có thể viết:

Na₂O ⋅ Al₂O₃ ⋅ 6 SiO₂

Nó đọc như 1 phần oxyt natri, 1 phần pxyt nhôm, và 6 phần oxyt silic, silic dioxyt.

Hay là, duy trì lượng nguyên tử trong công thức gốc:

   0.5 Na₂O ⋅ 0.5 Al₂O₃ ⋅ 3 SiO₂

Và trên thực tế, người ta có thể lấy 1 phần Na₂O, 1 phần của Al₂O­₃ và 6 phần SiO₂ cho chúng vào trong một ấm, vặn lửa lên, và sau một khoảng thời gian, người ta thu được fenspat.

Cuối cùng, có một thuật ngữ silic dioxyt tự do có hai nghĩa:

• hợp chất SiO₂ hòa tan trong chất lỏng hay trong magma có thể chuyển thành thạch anh (hoặc một chất đa hình silic dioxyt khác) hoặc có trong các phản ứng với các khoáng khác dựa trên sự thay đổi về nhiệt độ hay áp suất;
• Bất cứ chất đa hình silic dioxyt nào (như là thạch anh, cristobalite, stishovite, etc.) có mặt như một khoáng.

Hàm lượng thạch anh và silica trong một đá ảo

Để biết được số lượng được sử dụng trong phân loại đá, tôi đã tính toán hàm lượng silic dioxyt của một đá ảo tạo thành từ 20% thạch anh, 60% orthoclase fenspat và 20% muscovite mica, và kết quả được trình bày trong bảng 2.1 bên dưới. Thành phần của đá này khá đơn giản, nhưng nó được thẩm định như một đá granite fenspat kiềm.

Bảng 2.1.  Tính toán lượng silic dioxyt của một đá ảo

Vậy nên nếu ta tổng kết thành phần oxyt của một đá ảo, ta có 68.0% silic dioxyt, dẫu đá chưa chỉ có 20% thạch anh hay 20% silic dioxyt tự do.

Dựa vào phương pháp được sử dụng cho việc phân tích các vật mẫu, thành phần khoáng và thành phần hóa học của một đá (tương ứng với hàm lượng thạch anh và silic dioxyt) thường được xác định với phần trăm khối lượng hoặc phần trăm thể tích. Nó khá thú vị khi nhìn vào lượng tương quan của các phân tử trong cấu tạo, được xác định như tỷ lệ mol. Việc chuyển từ phần trăm khối lượng sang tỷ lệ mol không phức tạp và kết quả được trình bày trong bảng 2.2 phía bên phải. Do SiO₂ có khối lượng phân tử tương đối thấp, giá trị cho phần trăm khối lượng thường thấp hơn so với giá trị cho tỷ lệ mol, tỏng ví dụ này là 68% cân nặng với 75.6 mol % đối với silic dioxyt.

Điều này được trình bày trong bảng số liệu 2.1, cho thấy biểu đồ tròn của các thành phần oxyt của một đá mẫu. Hàng trên cùng cho thấy tỷ lệ cho phần trăm khối lượng, hàng dưới cùng là cho tỷ lệ mol, trong cả hai trường hợp với thành phần tổng quan ở phía bên trái, và sự đóng góp của khoáng vào đá ở phía bên phải. Hiển nhiên là orthoclase feldspar đóng góp vào lượng silic dioxyt, không phải là thạch anh. Mặc dù đây chỉ là một ví dụ mẫu, nó không phải không thực tế, và tỷ lệ tương tự được tìm thấy trong nhiều đá lửa khác.

Có một điểm thú vị khác cần lưu ý: “hàm lượng nước” trong đá/ So khối lượng mol thấp hơn trong các oxyt khác, sự đóng góp của nước vào khối lượng chung rất thấp (0.9%), và đây là một điều không đúng, vì lượng mol cao hơn gấp 3 lần (3.3%). Tất nhiên, đá này không chứa bất cứ lượng nước tự do nào vì nó chưa silic dioxyt tự do (như thạch anh). Nước có trong thành phần oxyt của đá được giới hạn như nhóm hydroxyt (OH) trong muscovite. Tuy nhiên, dựa trên những thay đổi trong điều kiện môi trương, nước đó có vai trò trong phản ứng hóa học hoặc có thể được thải ra từ một khoáng như nước tự do. Ở nhiệt độ cao, nước là một chất rất nhạy và di động thúc đẩy nhiều phản ứng hóa học giữa các khoáng diễn ra với tốc độ chậm hơn. Vì vậy nên thậm chí ít nước vẫn có vai trò quan trọng trong hóa học của một đá. Và, cũng rất quan trọng đó là, khi chúng ta nhìn sau đó, nó có ảnh hưởng lớn tới thuộc tính vật lý của magma.

– Phạm Thị Hòa dịch