GŁÓWNE RODZAJE SKAŁ I SUROWCE MINERALNE POLSKI

Ze względu na sposób powstania, skały dzielą się na trzy podstawowe grupy: magmowe, osadowe i przeobrażone, czyli metamorficzne. Można spotkać również określenie – skały krystaliczne. Obejmują one skały magmowe i część skał przeobrażonych.

SKAŁY MAGMOWE

Skały magmowe głębinowe

Skały magmowe żyłowe

Skały magmowe wylewne

SKAŁY OSADOWE

Skały osadowe okruchowe

Skały osadowe wulkaniczne (piroklastyczne)

Skały osadowe pochodzenia organicznego

Skały osadowe pochodzenia chemicznego

SKAŁY METAMORFICZNE

SKAŁY MAGMOWE

Są to skały tworzące się z zastygającej magmy. W zależności od tego, gdzie dochodziło do krzepnięcia magmy, wyróżniamy skały magmowe głębinowe, żyłowe i wylewne. Skały głębinowe powstawały głęboko pod powierzchnią Ziemi, żyłowe – w pęknięciach skorupy ziemskiej a wylewne – na powierzchni Ziemi. Jeżeli magma stygła wolno w głębi Ziemi, wówczas minerały wchodzące w jej skład (kwarc, skalenie, mika i in.) krystalizowały pomału i osiągały duże rozmiary. Minerały te widoczne są gołym okiem (makroskopowo) w skale. W skałach wylewnych, które zastygały szybko, nie widać makroskopowo poszczególnych minerałów. Rozpoznać je można dopiero pod mikroskopem polaryzacyjnym.

Skały magmowe głębinowe

Najpowszechniejszą skałą jest granit. Budują go trzy podstawowe minerały skałotwórcze: kwarc, skalenie i mika. W Polsce granity występują w Sudetach (kamieniołomy w Strzelinie i Strzegomiu) oraz w Tatrach. Ich powstanie związane jest z orogenezą waryscyjską (tzw. waryscyjską cykl magmowy). Ze względu na dużą twardość, odporność i wysoki poler granit jest wykorzystywany w drogownictwie na kostkę brukową, płyty, schody oraz w budownictwie, jako okładzina elewacyjna budynków, a także płyty, schody i blaty wewnątrz budynków. Jest powszechnie stosowany do wyrobu płyt nagrobkowych. Granity możemy obserwować w punkcie wycieczkowym WPN 3.2.
Przykłady innych skał: gabro, sjenit, dioryt, perydotyt.

Skały magmowe żyłowe

Najczęściej spotykaną skała jest pegmatyt, tworzący żyły w innych skałach, głównie magmowych. Budują go głównie skalenie, które mogą osiągać olbrzymie rozmiary, dochodzące nawet do 16 metrów długości. W Polsce pegmatyty spotkać można w Tatrach i Sudetach. Ze względu na swą dekoracyjność pegmatyty wykorzystywane są do produkcji płyt, mających zastosowanie w budownictwie. Przykłady innych skał: lamprofir, diabaz.

Skały magmowe wylewne

Pospolicie występującą skałą jest bazalt. Stanowi on wylewny odpowiednik gabra. Budują go pirokseny i plagioklazy. W czasie stygnięcia lawy (czyli magmy, która wydostała się na powierzchnię Ziemi) może dojść do powstania słupów bazaltowych w kształcie sześciokątnych graniastosłupów, osiągających wysokość kilkudziesięciu metrów, nazywanych potocznie organami (np. organy wielisławskie). W Polsce bazalty występują w Sudetach i monoklinie przedsudeckiej. Powstanie tych bazaltów związane jest z orogenezą alpejską. Bazalt ma zastosowanie głównie w drogownictwie.
Przykłady innych skał: trachybazalt (dawna nazwa melafir) (S 2.1.1), ryolit (dawna nazwa porfir) (S 2.1; WPN 3.2).

SKAŁY OSADOWE

Skały te, ze względu na swą genezę, dzielą się na: okruchowe, piroklastyczne, pochodzenia chemicznego i pochodzenia organicznego.

Skały osadowe okruchowe

Powstały z nagromadzenia na powierzchni Ziemi minerałów lub okruchów pochodzących ze starszych skał. Wyróżniane są skały luźne (sypkie) i zwięzłe (gdzie poszczególne ziarna związane są spoiwem). Istotna rolę w powstaniu tej grupy skał mają procesy transportu i sortowania przez wodę, lód oraz przemieszczania pod wpływem grawitacji.< br /> Cechy które określają nam wygląd okruchów i ziaren w skałach nazywamy cechami strukturalnymi. Jedną z takich cech jest frakcja osadu.
Frakcja jest to średnica rozmiaru materiału okruchowego z którego zbudowana jest osad lub skała. Klucz do rozróżnienia frakcji przedstawia tabela (Tab. 4.1).

Tab. 4.1. Frakcja (uziarnienie) osadu

Inne cechy strukturalne okruchów oraz ziaren to: stopień obtoczenia (dostarcza informacji o warunkach i przebiegu sedymentacji oraz transportu), charakter powierzchni ziaren – dzięki ich obserwacji możemy wnioskować o przebiegu transportu np. na powierzchni głazów narzutowych można zaobserwować rysy powstałe podczas tarcia w czasie transportu przez lądolód, a błyszczące ziarna piasku świadczą o transporcie w środowisku wodnym a matowe o transporcie przez wiatr (eolicznym).

Najpospolitszą skałą jest piaskowiec zbudowany z ziaren piasku, najczęściej kwarcowego (rzadziej wapiennego lub wulkanicznego), spojonych różnego rodzaju spoiwem (krzemionkowym, wapiennym, żelazistym czy ilastym). Do nagromadzenia się piasku, który w późniejszym procesie lityfikacji, staje się piaskowcem, dochodzi w różnych środowiskach: rzecznych, deltowych, morskich przybrzeżnych, pustynnych lub ukształtowanych przez lądolód. Dlatego też geneza piaskowców jest bardzo zróżnicowana. Aby określić czy mamy do czynienia z piaskowcem rzecznym, morskim czy wydmowym, należy przeprowadzić analizę sedymentacyjną. Oparta jest ona na badaniu struktur sedymentacyjnych skały. Inne typy warstwowań tworzą się w osadzie rzecznym a inne w osadzie pustynnym, gdzie dochodziło do migracji wydm. Ważnym elementem analizy sedymentacyjnej jest obserwacja cykliczności, czyli powtarzania się następstwa struktur sedymentacyjnych.

W Polsce piaskowce występują w Górach Świętokrzyskich. Spotykamy tu piaskowce różnego wieku. Najstarsze, kambryjskie piaskowce kwarcytowe (nieprawidłowo nazywane kwarcytami, ponieważ nie są skałą metamorficzną) budują Pasmo Łysogórskie i Pasmo Jeleniowskie. Oglądać je można w gołoborzach na Świętym Krzyżu, Łysicy i Szczytniaku (GŚ 2.3). Jest to skała twarda, odporna na wietrzenie. Nieco młodsze są piaskowce ordowickie, zwane „ortidowymi”, ze względu na liczne występujące w nich skamieniałości ramienionogów z rodzaju Orthis. Następne, w kolejności stratygraficznej, są piaskowce dolnodewońskie, z charakterystycznymi piaskowcami plakodermowymi. Jest to nazwa myląca, gdyż piaskowce te zawierają liczne szczątki ryb ostrakodermowych a nie plakodermowych. Wymienić należy także piaskowce dolnotriasowe, wyróżniające się czerwoną barwą (tzw. piaskowce tumlińskie) oraz piaskowce dolnojurajskie, koloru białego lub kremowego (piaskowce szydłowieckie). Piaskowce dolnotriasowe zobaczymy w punktach wycieczkowych GŚ 5.1, 6.2 i 6.3, natomiast piaskowce dolnojurajskie – w punktach GŚ 5.2 i 6.4. Poza Górami Świętokrzyskimi piaskowce występują w Sudetach (S 1.2.1), Beskidach i Tatrach. Piaskowce są powszechnie wykorzystywane w budownictwie.

Przykłady innych skał: piaski, żwiry, zlepieńce, mułowce, iłowce oraz łupki powstałe z iłów. Zlepieńce spotkamy w punkcie wycieczkowym GŚ 3.2, a łupki mułowcowe i iłowcowe – np. w punktach GŚ 1.1, 1.4, 2.1.

Skały osadowe wulkaniczne (piroklastyczne)

Przykładem jest tuf. Buduje go scementowany pył wulkaniczny. W Polsce występuje rzadko. Najbardziej znane są tufy w okolicach Krakowa (tzw. tufy filipowickie) i w Sudetach (S 2.1.1), związane z wulkanizmem waryscyjskim.

Skały osadowe pochodzenia organicznego

Najpospolitszą skałą osadową pochodzenia organicznego jest wapień. Wapień należy do skał węglanowych. Buduje go minerał kalcyt, będący węglanem wapnia (CaCO3). Wszystkie wapienie powstałe w morzu uznaje się ogólnie za organogeniczne (powstałe ze szczątków dawnych organizmów), pomimo, że część zawartego w nich węglanu wapnia powstała także w wyniku procesów chemicznych. Wapienie organogeniczne powstawały z organizmów o wapiennych skorupach lub szkieletach. Wyróżniamy zatem wapienie rafowe, wapienie krynoidowe (zbudowane utworzone z elementów szkieletowych liliowców, noszących łacińską nazwę Crinoidea) czy wapienie numulitowe, utworzone z muszli otwornic. Jeżeli w wapieniu występuje bardzo dużo skorup, nazywamy go wówczas muszlowcem. Na ogół spotykamy jednak wapienie utworzone z bardzo rozdrobnionego, nie widocznego makroskopowo, materiału organicznego. Są to wapienie pelityczne. Ziarnistą odmianą są wapienie oolitowe, zbudowane z wapiennego piasku. Większość wapieni powstała w płytkich, ciepłych morzach szelfowych, sprzyjających bujnemu rozwojowi życia organicznego. Wapienie spotykamy w różnych regionach Polski: Górach Świętokrzyskich, Jurze Krakowsko-Częstochowskiej, Lubelszczyźnie i Roztoczu, Opolszczyźnie, Tatrach, Pieninach iw Sudetach. Mają one różny wiek i różną genezę. Najbardziej znane są dewońskie wapienie Gór Świętokrzyskich (GŚ 1.1-1.4, 2.4, 3.4) i rejonu Krakowa oraz środkowotriasowe wapienie Śląska Opolskiego, jurajskie wapienie Wyżyny Krakowsko-Częstochowskiej (JKC 2.1-4.3) i triasowo-jurajskie wapienie Pienin. Wapienie są wykorzystywane w budownictwie. Ich dekoracyjne odmiany, występują pod techniczną nazwą „marmurów” (np. „marmury świętokrzyskie”, GŚ 3.2-3.4), co może być mylące, ponieważ nie są to skały przeobrażone. Ponadto wapienie są podstawowym surowcem do produkcji cementu i wapna.

Przykłady innych skał węglanowych: dolomit (GŚ 5.1 i 6.3), margiel, kreda, opoka.

Odróżnienie makroskopowe („gołym okiem”) wapienia i dolomitu jest trudne. W tym celu należy na powierzchnię skały dać kroplę 3% roztworu kwasu solnego (HCl). W przypadku wapienia skała będzie „burzyć” na skutek uwalniania się dwutlenku węgla CO2 [CaCO3 + 2HCl = CaCl2 + H2O + CO2], natomiast w przypadku dolomitu reakcji „burzenia” nie będzie.

Ważną skałą pochodzenia organicznego jest węgiel kamienny. Powstał on z nagromadzenia szczątków roślin drzewiastych. Najbardziej znane są węgle karbońskie. Wśród roślin tego okresu dominowały widłaki, skrzypy, paprocie i kordaity. Proces tworzenia się węgla, czyli uwęglenia, był długotrwały i odbywał się bez dostępu powietrza. Zachodził on w stopniowo obniżających się obszarach bagiennych, okresowo zalewanych przez wody lądowe lub morskie. W Polsce węgiel kamienny występuje na obszarze Górnego Śląska (JKC 1.1), Dolnego Śląska i Lubelszczyzny.

Inne skały osadowe pochodzenia organicznego: węgiel brunatny, ropa naftowa, wosk ziemny, łupki bitumiczne, łupki palne. Większość z nich to surowce energetyczne. Do surowców tych należy także torf (S 2.4, WPN 2.1). Stanowi on produkt procesu torfienia polegającego na biochemicznych i strukturalnych przemianach obumarłych szczątków roślinności bagiennej. W składzie torfu obecne są: kwasy huminowe i ich związki, celuloza, hemiceluloza, lignina, bituminy. W swoim składzie torf zawiera duże ilości węgla około 60% i azotu, a także substancje mineralne: krzemionka, żelazo, fosfor, wapń i inne. Oprócz w/w składników w skład tej skały wchodzi znaczna ilość wody – do 86-95%. w świeżo wydobytym torfie.

Podobnie jak węgiel kamienny torf jest surowcem energetycznym, dawniej eksploatowanym w celach opałowych. Obecnie stosowany jest w przemyśle farmaceutycznym i ogrodnictwie. Należy jednak pamiętać, że kopanie torfu na dużą skalę wiąże się również z odwodnieniem środowiska – procesem często trudnym do odwrócenia. W Polsce istnieje szereg aktów prawnych, które mają za zadanie ochronę m.in. terenów torfowisk i siedlisk roślinnych. Wydobywanie torfu do celów energetycznych jest obecnie zabronione.

Torf powstaje na torfowisku. Jest to teren stale podmokły, o trudnoprzepuszczalnym podłożu, pokryty zbiorowiskami roślin bagiennych i bagienno-łąkowych. Na torfowisku dochodzi do akumulacji osadów organicznych i tworzenia się grubych warstw torfu. Torfowisko przyrasta średnio o 1 mm w ciągu roku.

Torfowiska wpływają dodatnio na bilans wodny magazynując i regulując odpływ wody. Są naturalnym "archiwum" historii zmian roślinności oraz siedliskiem życia rzadkich gatunków roślin i zwierząt, często o charakterze reliktowym, dlatego też często obejmowane są formami ochrony. Torfowiska choćby stanowią ważny element krajobrazu.

W zależności od relacji pomiędzy rzeźbą terenu a stosunkami wodnymi wyróżniane są typy torfowisk: niskich, przejściowych i wysokich.

Torfowiska niskie powstają głównie w dolinach rzecznych, gdzie przepływają lub stagnują wody bogate w substancje odżywcze i charakteryzują się bogatą roślinnością (WPN 2.1).

Torfowiska wysokie tworzą się w bezodpływowych zagłębieniach terenu. Są zasilane przez wody opadowe, silnie kwaśne i ubogie florystycznie (S 2.40).

Torfowiska przejściowe mają pośredni charakter.

Skały osadowe pochodzenia chemicznego

Skały te powstają w warunkach klimatu gorącego i suchego, na skutek wyparowania wód z mórz oraz jezior. W miarę parowania, dochodzi do zagęszczenia (koncentracji) roztworu i zaczynają z niego wytrącać się różne minerały, m. in. halitu, czyli chlorku sodu (NaCl), będącego głównym składnikiem soli kamiennej oraz siarczanu wapnia (CaSO4) budującego gips. Do powstania dużych złóż soli kamiennej, na obecnym obszarze Polski, dochodziło w późnym permie (cechsztynie) oraz w neogenie (miocenie). Sole cechsztyńskie tworzyły się rozległym basenie obejmującym Polskę północno-zachodnią. Wydobywane są one w rejonie Inowrocławia, Kłodawy i Wapna. Sole mioceńskie powstały w zbiorniku wypełniającym zapadlisko przedkarpackie. Eksploatowane są one w Wieliczce i Bochni. Gipsy wieku mioceńskiego występują na obszarze niecki nidziańskiej, na południe od Gór Świętokrzyskich oraz w okolicy Krakowa.
Przykłady innych skał: anhydryt, siarka (jedyne złoże w Polsce znajduje się koło Tarnobrzegu), fosforyt, baryt, fluoryt (S 1.2.4, S 1.2.5).

SKAŁY METAMORFICZNE

Skały te powstały w wyniku przeobrażenia, czyli metamorfozy, skał magmowych i osadowych, w warunkach olbrzymich ciśnień lub/i wysokiej temperatury. Do przemian takich dochodzi, gdy skały, na skutek ruchów tektonicznych, dostaną się w głąb Ziemi lub gdy skały zetkną się z magmą albo lawą wulkaniczną. Najpowszechniejszymi skałami metamorficznymi są: gnejs, który powstał z przeobrażenia granitu (S 1.1, S 1.2.2, S 1.2.4, S 1.2.5), kwarcyt powstały z piaskowca oraz marmur (wapień krystaliczny), będący przeobrażoną skałą węglanową. W Polsce gnejsy występują głownie w Sudetach (punkty wycieczkowe S 1.1, S 2.2) i Tatrach, kwarcyty – w Sudetach i na monoklinie przedsudeckiej, marmury w Sudetach (marmury „Marianna”, S 1.2.5). Innym przykładem skały metamorficznej są łupki łyszczykowe (S 1.2.4).Ciekawą skałą przeobrażoną tektonicznie jest tzw. blastomylonit powstały z granitu w wyniku pokruszenia pierwotnych minerałów i ich wtórnej krystalizacji (S 1.3.2). Wśród rzadziej występujących skał przeobrażonych wymienić można skarny i serpentynity (S 1.3.1)

Przedstawione powyżej skały stanowią surowce mineralne mające zastosowanie w gospodarce. Ze względu na wykorzystanie surowce mineralne dzielą się na:

• mineralne surowce energetyczne (węgiel kamienny; węgiel brunatny; bituminy: ropa naftowa, gaz ziemny, asfalt, wosk ziemny, łupki bitumiczne; torf),
• rudy metali (rudy metali żelaznych: żelazo, mangan, chrom, nikiel, kobalt, wolfram, wanad, molibden; rudy metali kolorowych: miedź, cynk, cyna, ołów, arsen, rtęć; metale szlachetne: złoto, srebro, platyna; rudy metali lekkich: glin, magnez),
• surowce chemiczne (siarka, gips, fosforyty, sól kamienna, sól potasowa),
• surowce skalne (surowce budowlane: granit, sjenity, bazalt, trachybazalt (melafir), ryolit (porfir), piaskowiec, wapień, marmur, żwir, piasek, głazy narzutowe; surowce ceramiczne: ił, glina, kaolin; surowce ogniotrwałe: glinka ogniotrwała, azbest),
• surowce stosowane do celów specjalnych (np. ochra, malachit, śmietana hematytowa – naturalne barwniki; diament, korund – materiały ścierne; szpat islandzki – przyrządy optyczne; kamienie szlachetne i kamienie półszlachetne – jubilerstwo),
• pierwiastki promieniotwórcze (rudy uranu).

Pytania i polecenia:

• Jaka jest różnica miedzy minerałem a skałą?
• Wymień etapy powstawania węgla kamiennego.

Dyskusja:

• Jakie surowce odchodzą w przeszłość i dlaczego, a jakie mają przyszłość – uzasadnij (wykorzystaj przykład azbestu).
• Przyszłość polskich surowców energetycznych.
• Równowaga ekologiczna i ochrona klimatu a paliwa kopalne.
• Porównanie osadów rzek współczesnych i kopalnych. Piaski i muły przechodzą po milionach lat w piaskowce i mułowce.

Karta pracy: L 4. 1.

Karta ćwiczeń 4.1