Kalcittal kitöltött repedések paleozoos kristályos mészkőben
Túrázásaink során gyakran találkozhatunk olyan kőzetformációkkal, amelyekben különféle méretű és alakú csillogó elegyrészeket vehetünk észre. A magmás, üledékes és metamorf kőzetek ugyanis ásványokból épülnek fel, amelyek változatos körülmények között kristályosodhatnak ki a kőzetképződési folyamatok során. A nem ritkán jelentős eszmei és anyagi értéket hordozó ásványok évezredeken át fontosak voltak az emberi közösségeknek, akár ékszer (drágakő, féldrágakő) vagy éppen használati tárgy formájában. Írásunkban az ásvány fogalmával, ismérveivel és kialakulási körülményeivel ismerkedünk meg. Kalandra fel, irány a kövek világa!
A földkéreg felépítésében 99%-ban 8 kémiai elem vesz részt, amelyek csökkenő sorrendben az oxigén, a szilícium, az alumínium, a vas, a kalcium, a nátrium, a kálium és a magnézium. Ezek a kémiai elemek általában nem „magányosan” fordulnak elő a természetben, hanem kristályos vegyületek formájában összekapcsolódva részt vesznek többek között az ásványok és a kőzetek felépítésében. Mit is nevezünk a földtudományokban ásványnak?
Az ásvány (mineral) a Föld szilárd kérgének határozott kémiai összetétellel, kristályos szerkezettel és határozott formával rendelkező (szervetlen) természetes építőelemei, amelyek egy kémiai képlettel leírhatók. Ha egy szilárd kristályos vegyületre az előzőekben leírt paraméterek bármelyike nem igaz, akkor nem nevezhető ásványnak. Erre jó példák az utóvulkáni működések során létrejött opálok (például tejopál, mézopál), amelyek ugyan természetes folyamatok során keletkeznek, de nem rendelkeznek kristályos belső szerkezettel (azaz amorfok), valamint határozott kémiai összetétellel sem. Ezeket az anyagokat ezért csak ásványszerű anyagoknak (mineraloidoknak) nevezzük. A szerves eredetű szilárd vegyületek, például a fosszilis gyanták, azaz a borostyánok sem sorolandók be az ásványok közé, ha még úgy is néznek ki!
Az ásványok a szilárd kőzetburok (litoszféra) alkotóelemeiként magmás, üledékes és metamorf kőzetképződési folyamatok során is kialakulhatnak. A legtöbb ásvány magmás környezetben, a magmának/lávának nevezett izzó kőzetolvadék kikristályosodása során alakul ki, a földkéreg jóval nagyobb nyomással és hőmérséklettel jellemezhető mélyebb zónáiban. A szilikátokban és oxidokban gazdag, könnyenillókat (például hidrogénklorid, szén-dioxid, vízgőz) tartalmazó kőzetolvadékból az elő-, a fő- és az utókristályosodás során, csökkenő olvadáspont szerint fokozatosan válnak ki a különféle típusú ásványok.
Az előkristályosodás fázisában a magma korai kristályosodási termékei a gravitáció hatására az olvadéktest aljára süllyednek. Itt válhatnak ki például a nagyobb sűrűségű ércásványok, mint például a pirrhotin, a kalkopirit, a magnetit, az ilmenit vagy éppen a kromit. A magma további hűlése során egyre nagyobb tömegben kristályosodnak ki az alacsonyabb olvadáspontú ásványok. Ebben az úgynevezett főkristályosodási szakaszban szilárdul meg az olvadék állapotú magma döntő része, s így jönnek létre a különféle magmás kőzetek, az azokat alkotó ásványokkal egyetemben. Ekkor születnek meg például a szilikátok is, amely a leggyakoribb ásványcsoport a magmás kőzetekben. Közéjük sorolhatók például a piroxének, az amfibolok vagy éppen a csillámok (biotit, muszkovit) is.
A ki nem kristályosodott magmamaradékban dúsulnak az oldhatatlan gázok, és azok a kémiai elemek, amelyek eddig kisebb mennyiségben voltak csak jelen a kőzetolvadékban. Innentől veszi kezdetét az úgynevezett utókristályosodás, amelyet pegmatitos, pneumatolitos és hidrotermális szakaszokra osztunk fel. A pegmatitos fázisban a nagy mozgékonyságú, még magas hőmérsékletű (500–700°C), fluid állapotú, agresszív kémiai tulajdonságokkal jellemezhető magmamaradék nagy belső nyomásával felrepeszti a környező kőzeteket. A repedésekbe benyomuló fluidumokból válnak ki olyan ásványok, amelyek lítiumot, berilliumot, volfrámot, bórt, ónt és urániumot tartalmazhatnak. Így születnek meg a pegmatitok, amelyek általában nagy kristálymérettel jellemezhető, durvakristályos telérkőzetek. Ebben a fázisban kristályosodik ki például a turmalin, a korund vagy a berill is, amelyek közül többen az emberiség csodálatos drágakövei közé sorolhatók.
A pegmatitos fázis után a magmamaradék kémiai összetétele szintén megváltozik, ugyanis egy kovasavban szegényebb, könnyenillókban, főleg halogénekben (fluor, klór, bróm) gazdagabb fluidum születik meg, amely belső nyomásával szintén felrepeszti a mellékkőzeteket, illetve a reakcióképes mellékkőzetekkel (például mészkő, dolomit) kontaktusba lépve jellegzetes, új ásványtársulásokat hozhat létre. A pegmatit képződése utáni utómagmás szakaszt (550–370°C), ahol fluid állapotú, szuperkritikus állapotú gőz–oldat fázisokból történik az ásványkiválás, pneumatolitos vagy legújabban metaszomatikus fázisnak nevezzük. Itt jegyezzük meg, hogy az utóbbi két fázis élesen nem különíthető el egymástól, bennük igen sok a hasonlóság.
A magmás működés vége felé, a 400°C alá hűlt magmamaradékban veszi kezdetét a hidrotermális fázis, ahol tulajdonképpen már forró vizes oldatokból történik az ásványok kikristályosodása. Ez a fázis már csak részben magmás eredetű, mert a kőzettestek felszín alatti vizeinek beáramlásából, illetve azok felfűtéséből jönnek létre az ásványok. Ebben a fázisban válnak ki azok a fontos ércásványok, amelyek az emberiség számára gazdaságilag a legjelentősebbek (például arany, ezüst, pirit, galenit, szfalerit). Láthatjuk tehát, hogy a földkéreg legfontosabb kőzetalkotó ásványai általában magmás eredetűek, s az évmilliókig lassan kihűlő magmából kristályosodnak ki, a hőmérséklet csökkenésével párhuzamosan, olvadáspontjuk függvényében.
Az előzőekben bemutatott hidrotermális szakasznál jóval alacsonyabb hőmérsékleten, hideg vizekből (például tengerek, tavak, folyók, felszín alatti vizek) kémiai és/vagy biológiai úton képződött, illetve mállási folyamatok törmelékes komponensei alkotják az üledékes eredetű ásványok összességét. Ha egy kőzettest a felszínen felaprózódik, majd valamilyen szállító közeg (például folyóvíz, szél) elszállítja a kiszabadult szemcséket, végül biztos, hogy valamilyen üledékgyűjtőben fejezik be útjukat. Ilyen üledékgyűjtő lehet egy tenger, egy tó- vagy folyómeder is. A lerakódó üledékek megszilárdulnak, kőzetté válnak, létrehozva a törmelékes üledékes ásványokat. A legközönségesebb törmelékes üledék/üledékes kőzet a homokból létrejövő homokkő, amely törmelékes eredetű kőzet- és ásványszemcsék (például kvarc, földpátok, karbonátok) halmazából épül fel. Folyók medrében, az alacsonyabb vízsebességű helyeken a nagyobb sűrűségű ásványok kirostálódhatnak a hordalékból, s úgynevezett torlatokban halmozódhatnak fel. Így alakulhatnak ki gazdaságilag jelentős ón-, titán-, cirkónium-, arany- és drágakőtartalmú torlattelepek is.
Már nem törmelékszemcsék lerakódásával, hanem döntően kémiai (vegyi) úton képződnek a mészkő, a kősó és a gipsz kőzetalkotó ásványai. A barlangi cseppkövek vagy a patakok vizéből kicsapódó forrásmészkövek (travertínók) kőzetalkotó ásványai (kalcit, aragonit) az oldott kalcium-karbonátban gazdag vizekből válnak ki, az oldatot egyensúlyban tartó szén-dioxid elillanása miatt. A sókőzetek (evaporitok) ásványai – halit, szilvin, gipsz, anhidrit – túlsós (hiperszalin), betöményedő, erősen párolgó vizű tengeröblök, lagúnák, tavak vizéből kristályosodnak ki, oldhatóságuk fordított sorrendjében. Szintén a kémiai folyamatok csoportjába tartoznak a különféle metaszomatikus (elemkicserélődéses), valamint a felszíni mállási folyamatok is. Előbbire jó példa a karbonátos iszap átdolomitosodása, amely során a kalcit kristályrácsába magnézium épül be, létrehozva a kalcitból a dolomit nevű ásványt. Utóbbi csoportba azok a felszíni mállási folyamatok tartoznak, amely során például a nagyobb mélységben képződött, s a felszíni körülmények közé kerülő instabil ásványok átalakulnak (például a földpátok agyagásványokká mállanak el).
Az üledékes ásványok harmadik csoportját a biológiai úton képződő ásványok alkotják. Ezeknél a folyamatoknál élőlények választanak ki szilárd ásványokat az élettevékenységük során, amelyből később kőzetek keletkeznek. Erre kiváló példák a tengervízben élő egysejtűek, korallok, kagylók, amelyek meszes vázat építenek fel maguknak a tengervíz kalcium-karbonát tartalmából.
Az ásványok harmadik nagy csoportját a metamorf eredetűek képezik, amelyek létrejöhetnek magmás, üledékes, de más metamorf eredetű ásványokból is. Ha egy ásvány nagyobb nyomás és/vagy hőmérséklet alá kerül a földkéreg mélyebb régióiban, szilárd fázisban átkristályosodhat, az új környezethez alkalmazkodó ásványátalakulásokkal. A lokális és regionális léptékben is zajló metamorf ásványok létrejöhetnek például a benyomuló magma és karbonátos kőzetek között is, az úgynevezett kontakt-övekben. Egy másik klasszikus példa az agyagos kőzetek fillitté és csillámpalává alakulása. A fokozódó nyomás és hőmérséklet hatására az instabil agyagásványok fokozatosan szericitté, majd muszkovittá, azaz csillámokká alakulnak. Ez a megszülető új metamorf kőzet küllemében is látványos változásokat hoz, hisz például a becsillanó, nagyobb méretű muszkovitok lapjai szabad szemmel is kiválóan tanulmányozhatók, jellegzetes habitust kölcsönözve a csillámpalának.
A cikkhez csatolt kép az Erdélyi-szigethegységben (Gyalui-havasok) készült, a Podságai-szorosban, nem messze a Szkerice-Bélavár sziklamonstrumától. A paleozoos (óidei) kristályos mészkő repedéseit nagy kristályméretekkel jellemezhető, fehér színű kalcit töltötte ki, amely az egyik leggyakoribb karbonátásvány. Az ásványok és kőzetek csodálatos világában honlapunk “kövek” menüpontja alatt tallózhat a kedves olvasó.
Írásunk folytatásában az ásványok csoportosításáról, fizikai tulajdonságairól, valamint az ásványleírás és -gyűjtés fortélyairól lesz szó!
A csatolt kép készítésének pontos helyét és a többi térképi pontot itt találod: Térképnézet
Fotó és szöveg: Veres Zsolt
