Mineraalid ja kivimid

Uus maakoore materjal tekib kristalliseerumisel keemilistest elementidest ja ühenditest kui kindla korra järgi üles ehitatud struktuur

Kaks taset --mineraalid ja kivimid

Mineraalid

• Ühest või mitmest keemilisest elemendist koosnevad struktuurid

• Looduses ligi 3000, laiema levikuga umbes 50• Määramine sarnane taimede või putukate

määramisega• Diagnostilised tunnused. Määramine väliolukorras• Laboratoorsed füüsikalised mõõtmised

Mineraalide diagnostilised tunnused

• Kristallide kuju• Värvus• Kriipsu värvus• Läige (sõltub läbipaistvusest)• Lõhevus• Tihedus• Magneetilisus• Kõvadus

Kõvaduse Mohs’I skaalaFriedrich Mohs (1773-1839)

• 1- talk 6- ortoklass

• 2- kips 7- kvarts

• 3- kaltsiit 8- topaas

• 4- fluoriit 9- korund

• 5- apatiit 10- teemant

• määramisel kriimustatakse mineraali pinda skaala mineraalidega või vastupidi. Vaadatakse mis mida kriimustab

Värvus

• Varieeruv

• Sõltuvalt lisandelementide e. kromofooride sisaldusest võib mineraal olla erinevat värvi

• Kromofoorid jaotuvad ebaühtlaselt ja muudavad mineraali kirjuks

• Osa mineraale alati ühte värvi: väävel kollane, malahhiit roheline

• Kriipsu värvus iseloomustab värvust pulbrina

Kuld

Teemant

Bariit

Ametüst

Dolomiit

Kristallide sümmeetria Jevgraf Fjodorov (1853-1919) 1890. A.

• Aineosakeste võimalikud paigutuse variandid kristallides

• 32 sümmeetriaklassi

• Tahkude, servade, nurkade seaduspärane kordumine

• Teoorias tähtsaimad elemendid sümmeetriatelg, sümmeetriapind ja sümmeetriakese

• Sümmeetria omadustest lähtuvalt kõik kristallid 7 kristallograafilisse süngooniasse -- kuubiline, heksagonaalne, tetragonaalne, trigonaalne, rombiline, monokliinne ja trikliinne

Tardkivimid

• Kivimid on kindla koostise ja ehitusega mineraalide kogumid maakoores

• Sõltuvalt tekkeviisist eristatakse tardkivimeid, settekivimeid ja moondekivimeid

• Tardkivimid tekivad magma tardumisel• Mineraalide suurus kajastab kristalliseerumise kiirust• Aeglase kristalliseerumise korral jämedateralised kivimid• Kiire kristalliseerumise korral peeneteralised• Väga kiirel tardumisel klaasjas amorfne mass•

Kivimi tekstuur

• Kivimi koostisosade paigutus ruumis

• Ühtlane e. massiivne tekstuur. Omane süvakivimitele e. abüssaalsetele

• Fluidaalne e. voolustruktuur omane purske e. efusiivsetele kivimitele

• Poolsüvakivimid tardunud väiksemas sügavuses ja väiksema rõhu all ning peeneteralisemad

• Massiivse tekstuuriga intrusiivsed kivimid - tekkinud maakoorde tunginud magma tardumisel

Kivimikehad

• Suuri kivimimassiive nim. kivimikehadeks

• Intrusiivsete kivimite lasumusvormid - batoliidid, stokid, lakoniidid, kihilised intrusiivsed sillid

• Mineraalid tardkivimites jagatakse suhtelise osatähtsuse järgi

• - peamised e. kivimit moodustavad mineraalid

• - aktsessoorsed mineraalid, mis esinevad kui väikesed lisandid

• - sekundaarsed mineraalid, tekivad kahe eelmise rühma mineraalide muutumisel

Graniit

Kimberliit

Settekivimid

• Kivimite muundumise tsükkel maakoore ülemistes kihtides - tardkivimite murenemine - settekivimite moodustumine - moondekivimite tekkimine

• Tasakaal kivimi ja ümbritseva keskkonna vahel. Sügaval tekkinud tardkivimid murenevad pinnale kerkides temperatuuri kontrastide, tuule, vee ja biosfääri toimel

• Murendatud mass paigutub ümber

• Algselt pude ja kobe sete

• Sette tsementeerumine ja üleminek kivimiks kestev aeglane protsess

Settest kivimiks

• Litogeneetiliste muutuste kaks olulist staadiumi -diagenees ja katagenees

• Diageneesi varasem etapp - süngenees (syn = samaaegne). Füüsikalis-keemilised tingimused vastavad settimiskeskkonna omadele. Süngenees toimub settinud materjali ülemises 10-15 cm kihis. Bakterid lagundavad orgaanilist ainet ning oksüdeerivad sulfiidid sulfaatideks ja ammoniaagi nitraatideks.Difusioon. Mineraalse aine konkretsioonide teke - bakterite tegevus.

• Diagenees edasi juba peallasuvate setetega kaetud kihis. Ümberkristalliseerumine ja tsementeerumine.

Katagenees

• Katageneesi alguseks on setetest juba saanud settekivimid

• Nende lõhedes ja poorides ringlevad põhjavesi ja gaasid

• Need võivad põhjustada olulisi keemilisi muutusi

• Ümberkristalliseerumine (lubjakivi - dolomiit)

• Vähem püsivad mineraalid muutuvad uute tingimustega paremini tasakaalus oleva struktuuriga mineraalideks. Progresseeruv katagenees - kivimite temperatuur ja rõhk kasvavad

• Regresseeruv katagenees - kivimite rõhk ja temperatuur kahanevad (maakoore osade kerkimise tõttu)

Settekivimid ja moondekivimid

• Settekivimid moodustavad vahetult 5 % kivimitest• Tardkivimid ja moondekivimid kokku 95 %• Kivimite püsivuse jaoks oluline tasakaal

välistingimustega• Setendite keskmine koostis 65 % graniidi ja 35 %

basaldi päritoluga• Setendite koostis tardkivimitega võrreldes

mitmekesisem

Moondekivimid

• Pidevalt vajuvates piirkondades setendite paksus kuni 10 km. Alumised kihid suure rõhu all, millele geotermaalse gradiendi tõttu lisandub kõrge temperatuur

• Võivad esineda maakoorde tunginud magma mõjud

• Vertikaalselt mõjuvale hüdrostaatilisele rõhule võib lisanduda maakoore tektooniliste liikumiste tekitatud horisontaalne ja kaldu suundades mõjuv rõhk

• Metamorfism - sette ja tardkivimite ümberkujunemine muutunud füüsikalis-keemiliste tingimuste tõtu

• Metamorfsed e. moondekivimid

Metamorfism

• Metamorfism toimub pühjavee tsirkulatsiooni tsoonist sügavamal

• Puutemoone termilise metamorfismi tõttu magmakollete lähedal, n. lubjakivi jämedateraliseks marmoriks. Temperatuuri tõustes hakkavad tekkima soojust neelavad mineraalid

• Pneumaatiline metamorfism magmakoldest ümbritsevate kivimite lõhedesse tunginud gaaside ja veeauru toimel

• Hüdrotermiline metamorfism kuumade mineraliseeritud vesilahuste toimel

• Siirdemoone, rõhu e. dünamometamorfism

Moondekivimite klassifitseerimine

• Moondeprotsessi läbivate kivimite struktuuri ja metamorfismiprotsesside mitmekesisuse tõttu tekivad väga erinevad moondekivimid

• Ei õnnestu rekonstrueerida mis millest mil viisil tekkis• Pentti Eelis Eskola (1883-1964) 1921. A.

metamorfismifaatsiestele tuginev klassifikatsioon. Need on antud metamorfismitingimustes tasakaalu saavutanud süsteemid

• Sama keemilise ja mineraalse koostisega kivimist kujuneb samades moondetingimustes alati üks ja sama mineraalide kooslus

Endogeensed geoloogilised protsessid

• Kõiki protsesse, mis kujundavad maakoore välimust nim. geoloogilisteks

• Maa sisejõududest genereeritud geoloogilised protsessid endogeensed

• Maa välispinnal mõjuvatest jõududest genereeritud geoloogilised protsessid eksogeensed

• Kulutuse e. denudatsiooniprotsessid ja kuhjumise e. akumulatsiooniprotsessid

• Biosfäär geoloogiline tegur oma tekkimisest alates

• Tänapäeval ka inimkond geoloogiline tegur

Kaasaegne laamtektoonika

Kivimikihtide kurrutus

Kivimikihtide lainetamine

Tektoonilised liikumised

• Neotektoonilised -kvaternaaris ja neogeenis (kuni 27 milj. a tagasi)

• Kõikuvliikumised - suuri piirkondi haaravad kerkimised või vajumised. Eesti Fennoskandia jääaja järgse kerkimise tsoonis

• Rannajoone taandumine - regressioon

• Mere tungimine sisemaa suunas - transgressioon

• Kurrutumine - kivimikihtide lainetaoline paindumine ilma nende pidevuse katkemiseta

• Geosünklinaalid - kurrutuste toimumise piirkonnad

Kurrutused

• Kumerad kurrud - antiklinaalid

• Vaondid - sünklinaalid

• Kurdusid tekitavaid maasiseseid horisontaaljõude tekitavad suure paksusega settekivimite massiivide kerkimised ja vajumised

• Kurrutuse intensiivsus on tavaliselt ajas väga muutuv

• Globaalse mastaabiga tsükliliselt toimuvad kurrutused

• Tingitud vahevöö konvektsiooni ümberhäälestumistest

• Faktide varal jälgitavad 5 suuremat kurrutust

Suuremad kurrutused

• Baikali kurrutus - enne Vanaaegkonna algust. Baikalimaa mäestikud, Adelaide mäed Austraalias

• Kaledoonia kurrutus -Vanaaegkonna alguspoolel. Skandinaavia, Šotimaa, Apalatši mäed, Altai, Sajaanid, Tjan-Šan

• Hertsüünia kurrutus - Vanaaegkonna lõpul. Mäestike ahel Uraalist Austraaliani

• Kimmeri e. Vaikse ookeani kurrutus - Keskaegkonnas, juura ja kriidi ajastul Vaikset ookeani ümbritsevad mäed

• Alpi kurrutus Keskaegkonna lõpul alanud

Suuremad kurrutused (järg)

• Alpi kurrutuse ajal tekkinud Alpid, Apenniinid, Karpaadid, Krimmi ja Kaukaasia mäed, Atlase mäed ja enamik mäestikke Väike-Aasiast kuni Malaka poolsaareni.

• Iga kurrutustsükli ajal aktiviseerunud vulkaaniline tegevus ja maakoor olnud rahutum kui kurrutuste vaheaegadel

• Reljeefi olulise muutmise kaudu põhjustavad kurrutused kliima muutumist

Rebendrikked

• Rebendrikked e. disjunktiivsed dislokatsioonid on liikumised., mille puhul rikutakse lõhedega maakoore kivimite kihtide ja massiivide terviklikkust. Eelduseks kivimite jäikus

• Enam-vähem paralleelsed lõhede süsteemid aluspõhja kivimites

• Eestis sagedamini kirde-edela ja loode kagu suunalised

• Lõhed erineva vertikaalse ja horisontaalse ulatusega.

• Suurema mastaabiga lõhede süsteeme nim. Tektoonilisteks rikkevöönditeks

Murrangud

• Rebendrikkeid, milles mööda lõhepindu toimub kivimiplokkide liikumine teineteise suhtes nim. Murranguteks

• Kahele poole murrangutiivad

• Kerkiv plokk - ülang, laskuv plokk - alang

• Ka plokkide horisontaalne liikumine teineteise suhtes

Geokronoloogia meetodid

• Nagu ajalooos nii ka geoloogias tähtis kronoloogia

• Suurem eesmärk - kogu geoloogiliste sündmuste jada mõtteline rekonstrueerimine ja dateerimine

• James Hutton (1726-1797) “Maa teooria”. Teadusliku geoloogia alusepanija.

• Uniformismi printsiip - kaasajal kehtivad füüsika, keemia, bioloogia ja geoloogia seaduspärasused on samamoodi kehtinud ka minevikus ja Maad kujundavad protsessid teinud seda kaua aega sarnaselt.

• Charles Lyell (1797-1875) “Geoloogia alused”

Maa vanuse määramise katsed minevikus

• 1669 Nicolaus Steno - iga maakoore kiht on vanem kui vahetult tema peal lasuv kiht. Kihtide piknemist hea uurida sügavates kanjonites. Kihistus ei ütle kui kaua aega ühe või teise kihi ladestumiseks kulus.

• Edmund Halley, 1715, üritas määrata ookeanide vanust soolsuse alusel. Eeldas, et soolad kantakse ookeani mandritelt vooluvetega. Ookeanidest aurab õhku puhas vesi.

• William Thomson, 1900, arvutas Maa vanuse tema jahtumise kiiruse põhjal. Sai 40 milj. aastat

Fossiilid abiks dateerimisel

• Suhteline dateerimine annab kihtide ajalise järjestuse.• Paleontoloogia meetodid võimaldavad sündmusi õigesti

järjestada ka siis kui kihistus on deformeerunud ja ümber paiknenud.

• Korrapäraselt paiknevas kihistuses leitud fossiilid võimaldasid selgitada nende Maal eksisteerimise ja domineerimise järjestuse.

• J. Philips leidis 1840. A., et Maal elanud makroskoopilise elu vormid jaotuvad kolme üsna selgelt eristuvasse klassi. Praegu nimetame neid Vanaaegkonnaks, Keskaegkonnaks ja Uusaegkonnaks. Kõiki kolme Fanerosoikumiks.

Fossiilid

• Fossiilide liigilise koostise järgi on maakoore settekivimid jaotatud kindlatele ajalõikudele vastavateks ajalis-stratigraafilisteks üksusteks.

• Üksuste piirid vastavad olulistele muutustele Maa floora ja fauna liigilises koostises.

• Mida nooremad kihid ja mida kontrastsemad muutused seda detailsem stratigraafiline skaala.

• Säilinud on fauna koorikud ja karkassid ning taimede tüved.

• Ajast enne Fanerosoikumit vähe säilinud.

Absoluutne ajaarvestus

• Absoluutse ajaarvestuse meetodite ülesandeks on määrata geoloogiliste sündmuste toimumise aeg ja kestus ning kivimite vanus aastates.

• Absoluutse ajaarvestuse aluseks radioaktiivsete isotoopide lagunemise seaduspärasustel põhinevad meetodid.

• Antoine Henri Becquerel (1852-1908) avastas 1896 loodusliku radioaktiivsuse

• Pierre Curie (1859-1906) ja Ernest Rutherford (1871-1937) pakkusid seda püsiva kiirusega kulgevat protsessi aja mõõtmise vahendiks

Primaarsed kivimite vanuse määramise meetodid

• Primaarsete meetodite puhul määratakse uuritavas kivimis radioaktiivsete (lagunevate) elementide ja lagunemise lõpp-produktide sisaldused.

• Statistiliselt kulgeb radioaktiivne lagunemine eksponentsiaalse

seaduse kohaselt Nt = N0e-lt

• l - radioaktiivse lagunemise konstant, t -aeg. Konstandi

asemel kasutatakse enamasti pooliga T• Poolea väärtus määrab vanuse määramise diapasooni.

Kivimite absoluutne kronoloogia

• Eeldus, et ei algisotoobi ega lõpp-produkti sisaldus ei muutuks muudel põhjustel peale radioaktiivse lagunemise.

• Radioaktiivne kell ei näita alati “õiget aega”.

• Gaasilised lõpp-produktid ei säili kivimites täielikult.

• Pliimeetod U238 –> Pb206 annab häid tulemusi mineraalide puhul, milles algselt palju U ja Th ning vähe Pb.

• Suhteliselt noorte kivimite ja orgaaniliste säilmete dateerimiseks sobib süsinikumeetod: C14 beeta lagunemise teel N14.

Süsinikumeetod

• Willard F. Libby (1908-1980) süsinikumeetodi avastamise eest Nobeli preemia

• C14 tekib atmosfääri ülakihtides kosmiliste kiirte toimel. Kõik süsinikuühendid oksüdeeruvad atmosfääris CO2. Biosfäär omastab radioaktiivset CO2 koos tavalisega. Pideva loodusliku ringluse käigus püsib C14 tase stabiilsena.

• Surnud organismides C14 juurdevool lakkab ja elusorganismides konstantsena püsinud C14 / C12 suhe hakkab kahanema. Analoogne olukord on atmosfääris Be10 isotoobiga.

Geoloogiline ajaskaala

• Geoloogiline ajaskaala põhijoontes 19. saj. Euroopa , eriti Suurbritannia , geoloogide töö tulemus. Hiljem täpsustatud. Praegu toimub seostamine Maa evolutsiooniga.