Magmatik, Sedimanter ve Başkalaşım Kayaçları

Dünya'daki tüm kayaçlar, oluşumlarına göre üç aileden birine aittir: (1) Magmatik kayaçlar — erimiş kayaç (yer altında magmatik, yüzeyde lav) soğuyup katılaştığında oluşur. İntrüktif magmatik kayaçlar (granit gibi) yer altında yavaşça soğuyarak büyük kristaller oluşturur. Ekstrüktif magmatik kayaçlar (bazalt gibi) yüzeyde hızla soğuyarak ince taneli veya camlı dokular oluşturur. (2) Sedimanter kayaçlar — milyonlarca yıl boyunca katmanlar halinde biriken ve çimentolaşan sıkıştırılmış tortulardan (kum, çamur, kabuklar, bitki materyali) oluşur. (3) Başkalaşım kayaçlar — erimeden, Dünya kabuğunun derinliklerindeki yoğun ısı, basınç veya kimyasal olarak aktif akışkanlar tarafından mevcut kayaçların dönüşmesiyle oluşur.

Kayaç döngüsü, kayaçların jeolojik zaman boyunca bir türden diğerine sürekli dönüşümünü açıklar: Magma, magmatik kayaç oluşturmak üzere soğur → Magmatik kayaç ayrışarak tortu haline gelir → Tortu, sedimanter kayaç oluşturmak üzere sıkışır → Sedimanter kayaç gömülerek başkalaşım kayaç haline gelir → Başkalaşım kayaç daha derine gömülür, tekrar magmaya erir ve döngü yeniden başlar. Herhangi bir kayaç, yeterli zaman ve doğru koşullar verildiğinde herhangi bir diğer türe dönüşebilir. Döngü, plaka tektoniği (kayaçları gömen ve eriten) ve yüzeydeki parçalanmalarını sağlayan erozyon tarafından yönlendirilir.

Fark tamamen magmanın nerede ve ne kadar hızlı soğuduğuyla ilgilidir: İntrüktif (plütonik) magmatik kayaçlar, magmanın yerin derinliklerinde (1-50 km derinlik, binlerce ila milyonlarca yıl boyunca) yavaşça soğumasıyla oluşur, bu da büyük, görünür kristallerin büyümesine izin verir — granit, kolayca görülebilen kuvars, feldspat ve mika taneleriyle klasik örnektir. Ekstrüktif (volkanik) magmatik kayaçlar, lav yüzeye püskürdüğünde ve hava veya suda hızla soğuduğunda oluşur — hızlı soğuma, büyük kristallerin oluşmasını engeller ve ince taneli kayaçlar (bazalt) veya hatta cam (obsidyen) üretir. Kimyasal bileşim aynı, doku tamamen farklı.

Foliyeli başkalaşım kayaçlar, yönlü basınç altında minerallerin yeniden kristalleşmesiyle oluşan katmanlı veya bantlı bir dokuya sahiptir — plaka mineralleri basınç yönüne dik olarak hizalanır. Örnekler: arduvaz (düşük dereceli, ince katmanlar), şist (orta dereceli, görünür mika pulları) ve gnays (yüksek dereceli, belirgin açık ve koyu bantlar). Foliyesiz başkalaşım kayaçlar, az sayıda plaka minerali içeren kayaçlardan oluştuğu veya basıncın her yönde eşit olduğu için bu yönlü dokuya sahip değildir. Örnekler: mermer (kalsite yeniden kristalleşmiş kireçtaşı) ve kuvarsit (birbirine kenetlenmiş kuvars haline yeniden kristalleşmiş kumtaşı). Bu ayrım, kayaçların Dünya kabuğunun ne kadar derinde oluştuğunu anlamak için önemlidir.

Kanada'nın Kuzeybatı Bölgeleri'ndeki Acasta Gnaysı, 4,03 milyar yıl yaşında olarak tarihlendirilmiştir — Dünya yüzeyindeki en eski doğrulanmış kayaç oluşumlarından biridir. Quebec'teki Nuvvuagittuq Yeşiltaş Kuşağı'nın yaşı 3,77–4,28 milyar yıl olarak belirlenmiştir (bazı araştırmacılar daha yüksek tarihi savunmaktadır). Dünya'nın kendisi 4,543 milyar yaşındadır, bu nedenle bu kayaçlar Dünya'nın varlığının ilk 300–500 milyon yılı içinde oluşmuştur. Bireysel zirkon kristalleri (kayaçların içindeki küçük mineral taneleri) daha da eskidir: Avustralya'daki Jack Hills zirkonları 4,404 milyar yaşındadır — Dünya'nın en eski bilinen materyali olup, Dünya'nın çok erken kabuğunun kimyasal kanıtlarını korumaktadır.

Kömür, organik sedimanter kayaçtır — sıkıştırılmış ve kimyasal olarak dönüştürülmüş antik bitki materyali, özellikle Karbonifer döneminden (358–299 milyon yıl önce) kalmadır. Süreç: Antik ormanlar (dev eğrelti otları, likopsidler ve at kuyrukları) öldü ve anaerobik tropikal bataklıklarda birikti, burada sınırlı oksijen tam bakteriyel ayrışmayı engelledi. Milyonlarca yıl boyunca, gömülme ve basınç bitki maddesini aşamalardan geçirdi: turba (kısmen ayrışmış bitki materyali, ~%55 karbon) → linyit / kahverengi kömür (~%60–70 karbon) → taşkömürü (~%80 karbon) → antrasit (~%95 karbon, en sert kömür). Tüm kömür, antik canlı organizmaların karbonunu içerir — onu yakmak, Karbonifer döneminde atmosferden çekilen karbonu salar.

Başkalaşım kayaçlar, en ticari olarak değerli olanlar arasındadır: Mermer — inşaat malzemesi, heykel, döşeme ve tezgahlar (Tac Mahal, Michelangelo'nun Davut Heykeli, Parthenon); Arduvaz — çatı kiremitleri, döşeme, karatahtalar, bilardo masası yüzeyleri; Kuvarsit — inşaat agregası, yol temeli, silisyum üretimi için silika kaynağı; Şist — sınırlı doğrudan kullanım ancak genellikle değerli mineraller içerir (altın yatakları sıklıkla şist oluşumlarında bulunur — Güney Afrika'nın Witwatersrand altın sahaları şist barındırır); Gnays — inşaat taşı, agrega. Başkalaşım arazileri, başkalaşım kayaçları oluşturan yoğun ısı ve akışkan akışı değerli mineralleri de yoğunlaştırdığı için sıklıkla ekonomik açıdan kritik mineral yataklarına ev sahipliği yapar.