Kiến thức

Sự hình thành và phát triển của Đá Thạch Anh

Đá thạch anh dạng tinh thể lớn

Đá thạch anh dạng tinh thể lớn là một thành phần quan trọng trong nhiều a. Nó là một thành tố căn bản trong những đá đó, nó hoặc là có mặt hoặc phát triển cùng với những khoáng chất khác trong quá trình hình thành đá. Những tinh thể thạch anh hình thành tốt thường là sản phẩm thứ cấp, và có thể được tìm thấy trong những đá mà không có silic dioxyt tự do, giống với nhiều khoáng chất bazan. Những tinh thể thạch anh này xuất hiện trong sự khác biệt của những pegmatites (hoặc là lớn như những thạch anh hồng, hoặc là những tinh thể hình thành tốt trong các hốc) có thể được xem như những thành phần chính của pegmatite.

Đá thạch anh dạng tinh thể lớn về cơ bản hình thành từ ba môi trường địa chất.

  • đá nấu chảy giàu silic dioxyt trong suốt quá trình giảm nhiệt và đông đặc
  • trong pegmatites trong và những quy trình pneumatolytic kế tiếp.
  • trong hầu hết sự hòa tan nước của silic dioxyt dưới nhiều điều kiện khác nhau.

Trong những môi trường này, những tinh thể đơn lẻ phát triển bằng cách thêm các phân tử vào bề mặt của chúng, từng lớp từng lớp một. [1]

Sự hòa tan nước

Những tinh thể thạch anh đặc biệt phát triển trong các dung dịch nước nóng, trong cái được gọi là môi trường thủy nhiệt, ở nhiệt độ trong khoảng 100 ° C và 450 °C và trong áp suất cao. Không có các phân tử SiO2 trong một dung dịch nước, thay vào đó, các tinh thể đá thạch anh phát triển bằng sự thêm vào axit orthosilicic hòa tan, H4SiO4 trên bề mặt của chúng, tỏa ra hơi nước, từng lớp một. Công thức phản ứng chung được đưa ra trong chương Các thuộc tính hóa học:

[SinOm]-OH + H4SiO4 → [Sin+1Om+2]-OH + 2 H2O     [10]

Sự hòa tan thạch anh trong nước là quy trình hóa học đối lập, dẫn tới sự hình thành axit orthosilicic:

SiO2 + 2 H2O → H4SiO4    [6]

Những hình ảnh sau mô tả dưới dạng giản đồ quá trình hình thành trong met dung dịch nước.

Trong ảnh bên các phân tử axit orthosilicic đơn lẻ, H4SiO4, hòa tan trong nước được tượng trưng bởi những đốm đỏ. Những phân tử này đã được hòa tan từ các đá xung quanh. Trong tự nhiên, sự hòa tan như vậy cũng sẽ chứa lượng lớn các ion cũng như CO2, nhưng vì lợi ích của việc đọc được, những điều đó đều bị bỏ qua.

Nếu nhiệt độ hoặc áp suất giảm, tính hòa tan của silic dioxyt giảm và dung dịch sẽ bị bão hòa cùng với thạch anh. Nếu có các hạt thạch anh ở những đá bên cạnh, các phân tử H4SiO4 sẽ được thêm vào và các tinh thể sẽ phát triển vào trong dung dịch. Nếu các đá bên cạnh không có các hạt thạch anh, các phân tử H4SiO4 sẽ tập hợp lại để hình thành những tinh thể nhỏ nổi những thứ sẽ kết nối ngày càng nhiều phân tử H4SiO4. Sự hình thành đồng thời của các tinh thể này chỉ khả thi trong môi trường bão hòa tốt. Tứ diện SiO4 được sáp nhập hoàn toàn vào tinh thể thạch anh được biểu tượng bằng các chấm đỏ đen.

Nếu sự thay đổi nhiệt độ và áp suất ổn định và chậm, sẽ không còn nhiều tinh thể nhỏ hình thành, chỉ những tinh thể có mặt trước đó sẽ tiếp tục phát triển, thêm khối tứ diện SiO4 từng chút một.

Sự hình thành những tinh thể mới sẽ không gượng gạo như vậy, nhưng trong điều kiện phát triển chậm, những tinh thể lớn hơn được ưu tiên. Đó là do sự phát triển đó không chỉ đơn giản là kết quả của sự thêm vào liên tục các phân tử cho một tinh thể. Đó là kết quả của cả sự thêm vào và loại bỏ các phân tử. Các phân tử có khuynh hướng bị tách ra khỏi rìa của những tinh thể, và mối liên quan của những viền đó với lượng tinh thể tổng quan không hỗ trợ các tinh thể nhỏ. Tinh thể nhỏ sẽ không phát triển nhanh và có lẽ sẽ bị hòa tan lại.

Tuy nhiên, trong một môi trường địa chất không ổn định, nhiệt độ hoặc áp suất sẽ giảm nhanh đến mức mà dung dịch sẽ bị bão hòa ở mức độ cao và những tinh thể mới sẽ hình thành và tiếp tục phát triển.

Với việc giảm nhiệt độ, sự hòa tan silic dioxyt, sự chuyển động của H4SiO4, kết quả là sự cung cấp những phân tử mới sẽ tiếp tục giảm và cuối cùng sự phát triển của các tinh thể sẽ ngừng lại.

Bởi lẽ các tinh thể chứa đựng những giọt dung dịch nước xung quanh trong suốt quá trình phát triển, nó có khả năng kiến thiết lại các điều kiện môi trường xung quanh. Những nghiên cứu đã chỉ ra rằng trong nhiều tinh thể, sự phát triển hiển nhiên bắt đầu từ khoảng 250-450°C và kết thúc ở nhiệt độ khoảng trên 100°C.

Nhiệt độ và/ hoặc áp suất giảm là những điều kiện cần thiết cho sự phát triển của thạch anh. Vậy điều gì gây rag sự giảm trong áp suất và nhiệt độ?

Điều này phụ thuộc vào môi trường địa chất. Nếu nước mặn nóng từ các đá sâu hơn  nhanh chóng tiến vào đá ở bề mặt thông qua các khe nứt, chúng sẽ bị nguội đi nhanh. Kết quả là sự kết tủa nhanh silic dioxyt trong các vết nứt và sự hình thành của các vân trắng lớn hoặc thạch anh gangue. [1]

Tuy nhiên, nếu các dung dịch nước được chứa trong một hốc bên trong các đá, dung dịch sẽ nguội nhanh hoặc chậm như đá chủ. Ví dụ, chất nhão nóng xâm nhập vào đá sẽ làm nóng vùng xung quanh nó. Phụ thuộc vào diện tích của lượng đá nhão, sự làm lạnh vật thể và các đá xung quanh có thể mất hàng trăm năm đến hàng nghìn năm.

Sự thay đổi nhiệt độ thú vị nhất đối với người sưu tầm thạch anh có liên quan đến sự nâng cao các cơ quan rộng của đá do hoạt động kiến tạo. Khi các tấm vỏ trái đất va vào nhau, các bộ phận lớn của lớp vỏ bị gãy và bị nâng lên vài kilomet so với vị trí ban đầu, đặc biệt trong trường hợp va chạm giữa các lục địa. Đá xuất hiện trên bề mặt từng lên tới 50 kilomet bên dưới bề mặt. Nhiệt độ ở những độ sâu đó khoảng   800-1200°C, và ở độ sâu 20 kilomet thì van trong khoảng 200-400°C. Nếu một hốc chứa đầy nước được nâng lên cùng với đá xung quanh, nó sẽ mất hàng triệu năm cho tới khi nó chạm tới bề mặt và tất nhiên nó sẽ mất hàng triệu năm để làm nguội. Dưới những điều kiện như vậy- những điều kiện có thể gặp, ví dụ, trong các khe núi cao, tinh thể thạch anh với kích cỡ và độ trong đặc biệt có thể hình thành.

Những tinh thể đá thạch anh thương không phát triển liên tục, nhưng trong những giai đoạn ngắn. Sự phát triển này đôi khi được lý giải với các hoạt động kiến tạo, gây ra sự nâng lên đột ngột đá chủ và sự gigm tương đối nhanh về áp suất.

Đá lửa

Trong một đá lửa nóng chảy, các điều kiện hơi khác nhau, nhưng cơ chế hình thành tinh thể là tương tự như trong các dung dịch nước. A nóng chảy là hỗn hợp của các ion dương kim loại, như là kali K+, hoặc canxi Ca­2+, nước và các ion âm, như là ion photphat PO43-, hoặc là silicat SiO44-, những thws thường có mặt trong chuỗi dài phân nhánh của tứ trụ SiO4. Không có các phân tử SiO2 trong một đá nóng chảy.

      O-   O-   O-   OH   O-   O-   O-

      |    |    |    |    |    |    |

…-O-Si-O-Si-O-Si-O-Si-O-Si-O-Si-O-Si-O…

      |    |    |    |    |    |    |

      O-   O-   OH   O-   O-   O-   O-

phân lượng nước kém

      O-   OH   O-   OH   O-   OH   OH

      |    |    |    |    |    |    |

…-O-Si-O-Si-O-Si-O-Si-O-Si-O-Si-O-Si-O…

      |    |    |    |    |    |    |

      OH   OH   OH   O-   O-   OH   O-

phân lượng nước lớn

Những phân tử linh hoạt này nổi trong đá nóng chảy như là mì sợi trong một dung dịch đặc các ion khác. Chúng là nguyên nhân dẫn đến tính dẻo cao của dung nham, và một đá chứa càng nhiều silic dioxyt, độ nấu chảy của nó càng dẻo. Giống như axit polysilicat trong một dung dịch nước, chúng mang các điện tích âm và nguyên tử H2 trong các nhóm –OH, nhưng mối liên quan của [O] và [OH] phụ thuộc vào lượng nước hòa tan trong chất nhão.

Khi chất nhão nóng chảy làm nguội nhanh, đặc biệt trong một sự phun trảo núi lửa, thời gian là quá ngắn để liên kết trong chuỗi SiO4 để phá vỡ và liên kết mới để hình thành trong các chuỗi có thứ tự của silicat kết tinh. Cấu trúc ngẫu nhiên dạng mì sợi của sự nóng chảy được bảo tồn trong một kính thủy tinh nóng, giống với đá vỏ chai thủy tinh, hoặc đá bọt như bọt biển. Tính dẻo cao là một trở ngại đối với sự phát triển tinh thể, vậy nên các dung nham giàu silic dioxyt (ví dụ như khoáng chất rhyolites và andesites) có xu hướng lớn để tạo thủy tinh nóng.

Khi chất nhão xâm nhập vào đá khác nhưng không nhú lên và ở bên trong vỏ trái đất, nó làm nguội rất chậm. Tinh thể các khoáng chất khác sẽ xuất hiện trong sự nấu chảy theo một thứ tự được xác định chủ yếu bởi cấu tạo hóa học của chất nhão. Ví dụ, trong một đá granite, các tinh thể mica là những cái đầu tiên hình thành, theo sau bởi feldspars, và cuối cùng là thạch anh. Bởi lẽ chúng là những cái cuối cùng hình thành và đơn giản lấp đầy các chỗ chống trong đá, bạn sẽ hiêm skhi thấy tinh thể thạch anh dạng lý tưởng trong một đá granite, những tinh thể feldspar màu trắng được hình thành tốt có thể tìm thấy thường xuyên.

Tinh thể thạch anh trong đá lửa thường cho thấy cấu trúc bên trong giống một củ hành, chỉ ra một sự rung thêm vào của lớp bên ngoài với các tinh thể. Thường thì các thuộc tính hóa học của các khoáng chất được bao gồm thay đổi dần từ lõi đến bề mặt một tinh thể, điều đó phản ánh một sự thay đổi dần trong học của các bộ phận lỏng còn dư trong chất nhão đông đặc.

Thạch anh tinh thể kín

Phần này chưa lỗi và phải được sửa lại. Nó đã được tách ra tạm thời.

 Kín hay khổng lồ- Các tác nhân môi trường

Những yếu tố nào quyết định nếu chalcedony hoặc tinh thể thạch anh hình thành?

Giả sử ta để một tinh thể thạch anh vào trong một dung dịch nước bão hòa của axit orthosilicic. Liệu tinh thể đó có phát triển như nước bốc hơi, như tinh thể muối trong nước mặn không? Nó chủ yếu phụ thuộc vào nhiệt độ: ở nhiệt độ trong phòng, axit silicic có khuynh hướng mạnh trùng hợp, much dù khả năng hòa tan của orthosilicic là rất thấp. Và trên thực tế, đôi khi tinh thể thạch anh được tìm thấy có một chóp chalcedony hoặc opan. Tốc độ của sự trùng hợp vượt trội hơn cả tốc độ của tinh thể ở nhiệt độ đó.

Bảng bên dưới liệt kê các nhân tố thúc đẩy hoặc ngăn cản sự hình thành thạch anh tinh thể kín hoặc thạch anh dạng tinh thể lớn.

  Các nhân tố hỗ trợ Các nhân tố cản trở
Macrocrystalline ·       Nhiệt độ trên 150°C
·         Nồng độ silica thấp trong dung dịch nước
  Sự có mặt của chất điện phân trong dung dịch nước
·   Nhiệt độ thấp 100°C
·         Nồng độ silica cao trong dung dịch nước
Cryptocrystalline  

  Nhiệt độ thấp 150°C
Nồng độ silica cao trong các dung dịch nước

  Nhiệt độ cao 200°C
·         Sự có mặt của các chất điện phân (NaCl, …) trong các dung dịch nước
·      Không có nước

Không có một phạm vi rõ ràng tách biệt điều kiện của sự hình thành thạch anh tinh thể lớn hoặc tinh thể kín, và không có một nhân tố quyết định riêng lẻ nào.

Các nhân tố khác, như là áp suất, cũng có vai trò. Một nhân tố rất rõ ràng ngăn cản sự hình thành thạch anh tinh thể kín đó là sự thiếu nước lỏng- thạch anh tinh thể kín không phải thành phần chính của đá nhão như granite hoặc đá bazan. Chalcedony thường được tìm thấy trong bazan là sản phẩm thứ cấp của sự biến đổi a chủ dưới ảnh hưởng của nước

– Phạm Thị Hòa dịch