Môi trường Thạch Anh tự do

Mặc dù thạch anh là một trong các khoáng phong phú nhế và cấu thành khoảng 12 % vỏ lục địa trái đất, nó được phân bố không đồng đều, và phần lớn thạch anh tập trung ở granites, gneisses, quartzites và sa thạch. Những loại đá nhất định hoàn toàn không có thạch anh và silic dioxyt tự do.

Có nhiều cách khác nhau để hiểu sự thiếu silic dioxyt tự do này.

– sự thiếu thạch anh trong đá phun trào có thể chỉ do thuộc tính cấu tạo hóa học chồng nhau của đá nhão mà nó hình thành từ: nếu sự cô dặc SiO₂ quá thấp, nó sẽ không cho thạch anh hình thành như một khoáng, đơn giản là do không có silic dioxyt nào còn từ quy trình hình thành khoáng.

– Nó có thể xem như được gây ra do sự có mặt của các khoáng khác trong đá phản ứng với thạch anh. Tất nhiên, điều này cũng còn tùy thuộc vào điều kiện hơn là thành phần hóa học: thạch anh có thể ổn định trong đá ở nhiệt dộ và áp suất nhất định, nhưng dựa trên những thay đổi, silic dioxyt có thể được tận dụng trong các phản ứng với các khoáng khác dẫn tới sự hình thành những khoáng silicat mới. Thành phần hóa học chung của đá không thay đổi nhưng cấu tạo khoáng của nó thì có và thạch anh có thể xuất hiện hoặc biến mất trong nó.

Những cách hiểu này không thể độc nhất, chúng là những cách hiểu khác biểu lộ một thực tiễn.
Đá trầm tích

Do thạch anh gần như trơ ở nhiệt độ và áp suất mà sản sinh ra đá trầm tích, yếu tố quan trọng nhất quyết đinh liệu thạch anh có trong chúng là sự có mặt của silic dioxyt tự do trong quá trình hình thành đá.

Thông thường, thạch anh sẽ không biến mất khỏi những tảng đá này. Nếu người ta chọn một định nghĩa rất rộng của thuật ngữ “đá trầm tích”, thì có một ngoại lệ đáng chú ý: Ở khí hậu nhiệt đới với mùa mưa và mùa khô rõ rệt, silica (silica tự do cũng như silica bị ràng buộc trong silicat) sẽ được rửa từ từ  đất và các khoáng chất còn lại (nhôm và oxit sắt) hình thành nên một loại đất màu mỡ, laterit , sau này có thể giả định là một  đá có độ chắc như gạch.

Tuy nhiên, sự phong hóa của các khoáng chất có trong đá trầm tích có thể giải phóng silic.
Đá lửa

Lượng silic dioxyt (bao gồm cả silic dioxyt có liên quan hóa học trong silicat) trong đá lửa là một trong những thông số được sử dụng để phân loại chúng. Ở trên, các thuật ngữ felsic và mafic đã được giới thiệu. Các silic dioxyt tự do (như thạch anh) có thể được tìm thấy trong đá với hơn 60-65% silica trong tổng thành phần hoá học của chúng. Các ví dụ nổi tiếng là đá granite và đá núi lửa, ryolit.

Một sơ đồ phân loại quan trọng khác cũng đã được trình bày ở trên: sơ đồ QAPF sử dụng hàm lượng thạch anh thay vì hàm lượng silic dioxyt của đá như một tham số để phân loại. Các đá được biểu diễn bởi phần dưới của biểu đồ QAPF không có thạch anh và chứa các khoáng chất đặc trưng thay thế fenspat trong các loại đá này, được gọi là “feldspathoids” hoặc foids. Sự có mặt của foids trong đá là một dấu hiệu an toàn cho thấy đá này không có thạch anh. Lưu ý rằng foids vẫn còn được gọi là khoáng chất felsic. Một ví dụ nổi tiếng về một cái chân không là sodalit xanh, Na ₄ Si ₃ Al ₃ O ₁₂ Cl, với hàm lượng silic chỉ 37% trọng lượng.

Các ví dụ điển hình quan trọng và phổ biến khác là nepheline, Na ₃ K (AlSiO ₄)₄ , và leucite, KAlSi₂O ₆ .
Hình 10.1 cho thấy các biểu đồ pie của thành phần hóa học của chúng (phần trăm trọng lượng) so với hai fenspat phổ biến, orthoclase và albite, NaAlSi ₃O ₈ . Các foids chứa silic ít hơn, và nếu họ tiếp xúc với thạch anh, chúng sẽ được chuyển từ từ thành feldpars:

KAlSi ₂ O ₆ + SiO ₂ → KAlSi ₃ O ₈   [14]
Leucite + Thạch anh → Orthoclase
Foid + Quartz → Fenspat

KAlSi₂O₆ + SiO₂ → KAlSi₃O₈   [14]
Leucite + Quartz → Orthoclase
Foid + Quartz → Feldspar

Tinh thể thạch anh có thể vẫn phát triển trong túi và tĩnh mạch từ silic dioxyt hòa tan trong nước nóng, lắng đọng một tảng đá có chứa foid bị phong hóa, hoặc một số lượng nhỏ thạch anh có thể lấp đầy khoảng trống giữa các hạt của một tảng đá bị biến đổi (sau đó vô hình). Vì vậy, quy tắc mà foids và thạch anh không tương thích là chỉ đúng cho đá trưởng thành và tươi trong cân bằng hóa học. Nếu, do một số sự trùng hợp ngẫu nhiên, foids được tìm thấy bên cạnh thạch anh, foids sẽ được tách ra khỏi thạch anh qua một lớp mỏng của fenspat. Tuy nhiên, hầu như không tìm thấy các tinh thể được hình thành tốt ngay cạnh foids.

Bên cạnh những foids, đá nghèo silic dioxyt thường chứa một lượng lớn khoáng chất đậm màu phong phú về magie và sắt ( ferrum trong tiếng Latin), mafic. Nhiều loại trong số các khoáng chất này hoặc không tương thích với sự có mặt của thạch anh hoặc liên kết lỏng lẻo với môi trường nghèo silic, như pyroxen và amphiboles (xem Silica, Silicates và Rock Chemistry ở trên).

Trong số các khoáng chất đen nói chung, mica (như các thành viên của nhóm biotit) và các hợp chất sắt (pyrit, hematit, limonit, magnetit) hoàn toàn tương thích với sự có mặt của thạch anh, và có thể xảy ra trong đá có tính axit.

Khi bazan tối và xám nổi lên từ đáy của đĩa lục địa, nó mang một xenolith lên bề mặt, một tảng đá không thuộc về nó nhưng nó bắt nguồn từ một loại đá khác. Chất xenolit này là một chất peridotit xanh bao gồm olivin màu xanh lá cây và pyroxenes tối hơn (trong trường hợp này là orthopyroxene “bronzite” và dihydroxyxylopyroxen chromium). Xenoliths được làm từ ngũ cốc olivine lớn không phải là hiếm trong bazan. Mẫu vật là từ Smrči gần Turnov, Vychodočeský Kraj, Cộng hòa Séc.

Peridotit và bazan (có thể là bazanite hoặc tephrite cũng chứa các hạt nhỏ của olivin) đều có hàm lượng SiO ₂ rất thấp so với các loại đá lửa khác như granit, diorit hoặc andesit. Một peridotit tươi hoặc không thay đổi hoặc một bazan có chứa một phần olivin sẽ không chứa bất kỳ silica tự do nào và tất nhiên không có thạch anh. Nếu có, thạch anh chắc chắn đã đi vào đá bazan sau đó ở nhiệt độ tương đối thấp và không ở trong đá trong một thời gian dài. Nếu nó đã bị nuốt bởi một magma bazan, nó sẽ đơn giản được hòa tan trong macma để tạo ra các khoáng chất mới.

Đá này sẽ phục vụ như là một ví dụ cho một tảng đá lửa xâm nhập (như trái với đá lửa phun trào), đó là không tương thích với thạch anh. Đá là hạt thô, giống như một đá granit, nhưng nhiều màu sẫm hơn với một màu xanh lá cây dễ thấy. Đây là một loại gabro, một loại đá gồm chủ yếu là felspat plagioclaz và các khoáng chất tối như pyroxen, amphiboles và olivin. Gabbro là chất tương đương của bazan, đó là những gì bazan trông giống như nếu magma của nó không xuất hiện ở bề mặt nhưng hình thành một sự xâm nhập plutonic. Màu trắng bình thường của plagioclaz tươi đã trở thành một màu xám xanh vì những thay đổi hóa học, và đá cũng chứa một số biotite được hình thành bởi thời tiết của fayalite, một loại tinh dầu sắt giàu olvine. Có những chất phóng xạ có đủ lượng silica trong chúng để tạo thành thạch anh (và không chứa olivin), nhưng hầu hết các chất độc, đặc biệt là những chất tối, không chứa thạch anh. Nếu có, thạch anh thường lấp đầy các khoảng trống giữa các hạt khoáng, nhưng không tạo thành các hạt, do đó cơ bản là không nhìn thấy được bằng mắt thường. Mẫu vật này là từ mỏ đá Gabbro ở Bad Harzburg, dãy núi Harz, Lower Saxony, Đức.
Đá biến chất

– Vì lượng SiO 2 tương đối trong một đá biến chất có ảnh hưởng sâu sắc đến các loại khoáng chất hình thành nên chúng, sự có mặt hoặc không có các khoáng chất nhất định có thể cho biết có thể tìm thấy thạch anh trong chúng. Các khoáng chất sau đây không tạo tại sự hiện diện của thạch anh hoặc đủ lượng SiO ₂ trong đá có nguồn gốc:

– Silicat với một phần SiO _2­ thấp và nồng độ magiê tương đối cao, Mg, như:
Forsterite, Mg ₂ SiO ₄ , khoáng chất olivin

– oxit và cacbonat magiê, như:
Periclase, MgO
Magnesit, MgCO₃ , biến đổi đô thị trung bình và cao cấp
Dolomite, CaMg (CO ₃)₂ , ở trạng thái biến chất cao

– Silicat với một phần SiO 2 thấp và nồng độ Al nhôm tương đối cao như:
Corundum, Al2O3 , ở trạng thái biến đổi trung bình và cao cấp
Foids nói chung, như leucite, K [AlSi2O6 ] , Analcime, Na [AlSi 2 O 6 ] ⋅H 2 O, nepheline KNa 3[AlSi2O6 ] 4

Một loại khoáng chất không thấm thấu với thạch anh là corundum , Al ₂ O ₃ , được biết đến dưới cái tên các giống ruby ​​và sapphire. Nếu đá ở trạng thái cân bằng hóa học, nghĩa là, nếu có đủ thời gian cho các thành phần phản ứng với nhau, corundum và thạch anh sẽ phản ứng để tạo thành sillimanit, andalusit hoặc kyanit:

SiO ₂ + Al ₂ O ₃ → Al ₂ SiO ₅   (Andalusite / Sillimanite / Kyanite) [15]

Trong môi trường áp suất thấp thạch anh có thể cùng tồn tại với tất cả các dạng chất đa hình Al ₂ SiO₅ , nhưng không với corundum. Corundum và thạch anh có thể được tìm thấy trong các lớp đá trầm tích, có thể vì cả Al ₂ O ₃ và SiO ₂ đều không phải là các chất phản ứng rất mạnh và phản ứng diễn ra ở tốc độ rất thấp.

Mặc dù một lĩnh vực ổn định trong khu vực trên 650°C và 3,5 kbars đã được tiên đoán bởi các nghiên cứu thực nghiệm trên hệ Al₂O ₃ , SiO₂ và H₂O (Aramaki và Roy, 1963 ), những phát hiện này không thể được sao chép trong Một nghiên cứu sau đó ( Carr, 1968 ) và được cho là sử dụng các hóa chất vô định (silica, oxit nhôm) làm chất khởi đầu, và cho đến gần đây đã có một thỏa thuận chung rằng corundum và thạch anh không bao giờ thành hình với nhau và không bao giờ ở trạng thái cân bằng hóa học.

Nhưng trên thực tế có một vài môi trường biến chất cao, trong đó thạch anh và corundum, hoặc thạch anh và spinel (gần như là “thạch anh-không thân thiện”), được tìm thấy cùng nhau (để xem xét các địa phương, xem Mouri và cộng sự, 2004 ). Trong hầu hết các trường hợp, hạt thạch anh và corundum được phân cách bởi một dãy hẹp của sillimanite hoặc kyanite, nhưng trong một số trường hợp, corundum và thạch anh tiếp xúc trực tiếp và dường như ở trạng thái cân bằng hóa học.

 Các môi trường này đều có đặc điểm là áp suất rất cao (từ 7 đến 17 kbars) và nhiệt độ (từ 900°C đến 1100°C), do đó có vẻ như là một trường ổn định được xác định rõ ràng về sự tồn tại của thạch anh và corundum. Trong thực tế, rong  corundum mẫu này đã hình thành các tinh thể ruby ​​đỏ tốt đẹp, những hạt lớn hơn nằm bên trong các tinh thể đá frostspar orthoclase, các hạt corundum hồng nhỏ hơn được tìm thấy bên cạnh biotite và một fenspat không xác định (có lẽ cũng orthoclase) trong ma trận của granulite này, một biến chất cao cấp đá. Mặc dù màu sắc tươi sáng và vẻ bề ngoài của đá granit, đá không chứa thạch anh ^[10] . Biotite cho thấy nhiệt độ dưới 900°C, và do đó thạch anh không phải như mong đợi. Từ phía Đông Ghats đai Granulite, Mysore, Karnataka, Ấn Độ.

– Phạm Thị Hòa dịch