ماگماتیسم و سنگ‌های آذرین؛ بافت،تشخیص و طبقه‌بندی سنگ‌های آذرین

ماگماتیسم و سنگ‌های آذرین

در گذشته‌اى نه چندان دور، زمین‌شناسان بر این باور بودند که آنچه در زیر پوسته زمین پنهان است حالتى مذاب دارد. بعدها شواهد به دست آمده نشان داد که مواد مذاب فقط در بخش‌هایى از داخل زمین دیده مى‌شود که گرماى موجود، براى ذوب سنگ‌ها کافى است. این مواد مذاب پس از تشکیل شدن ممکن است به سطح زمین برسند، یا اینکه در درون زمین سرد شوند. در این موارد، سنگ‌هاى آذرین بیرونى و درونى حاصل مى‌آیند.

درباره‌ی چگونگى فعالیت‌هاى بیرونى (آتشفشانى) در سطح زمین مطالب بیشترى مى‌دانیم، زیرا امکان آزمایش‌هاى مستقیم و مشاهدات فراوان درباره‌ی آ‌ن‌ها در نقاط مختلفى از زمین فراهم است. اما در مورد چگونگى فعالیت‌هاى درونى که در اعماق پوسته‌ی زمین صورت مى‌گیرند اطلاعات ما اندک است و در این زمینه ناچاریم به شواهد غیرمستقیم قناعت کنیم. بخصوص که در این زمینه، مطالعات ما پس از سرد شدن ماگما در تشکیل سنگ‌ها در آن اعماق انجام مى‌گیرد و چگونگى انجام این عمل را به چشم نمى‌بینیم. از طرفى، ممکن است که از زمان پایان آن فعالیت‌ها میلیون‌ها سال هم گذشته باشد.

ماگما ضمن بالا آمدن از درز و شکاف‌های درون پوسته‌ی زمین سرد می‌شوند و در مقایسه با سنگ‌های اطراف خود (سنگ‌های درون‌گیر) ساخت‌های مختلفی ایجاد می‌کنند. به این ساخت‌ها براساس شکل، اندازه و نحوه‌ی قرار گرفتن آن‌ها در بین لایه‌ها نام‌های مختلفی داده‌اند مانند؛ باتولیت، الکولیت، دایک، سیل و …

باتولیت‌ها بزرگ‌ترین و وسیع‌ترین توده‌هاى آذرین عمقى‌اند، به طورى که حداقل وسعتى معادل یکصد کلومتر مربع را دربر مى‌گیرند (مانند کوه الوند در همدان). عمق باتولیت‌ها را به کمک یافته‌هاى ژئوفیزیکی بین ۱۰ تا ۳۰ کیلومتر تخمین مى‌زنند.

 ازآنجا که بلور سنگ‌هاى تشکیل دهنده باتولیت‌ها اغلب درشت است، تصور مى‌شود زمان تشکیل و تبلور آن‌‌‌‌ها بسیار کند و طولانى بوده باشد، و فرسایش لا‌یه‌هاى فوقانى باتولیت‌ها، سبب ظاهرشدن آن‌ها درسطح زمین مى‌شود (شکل ۱).

شکل ۱- گاهى بر اثر فرسایش لایه‌هاى رسوبى، باتولیت‌ها بر سطح زمین ظاهر مى‌شوند

به جز باتولیت‌ها، ساخت‌هاى محدودترى نیز از مواد آذرین در داخل پوسته پدید مى‌آید. این پدیده‌ها حاصل تزریق شدن ماگما در بین سنگ‌هاى مجاوراند (شکل ۲).

تفاوت و تشابه سیل و دایک در چیست؟

شکل ۲- شکل‌هایى از انجماد مواد مذاب در پوسته‌ی زمین

ذوب و تبلور: اگر بخواهیم یک کانى متبلور را در آزمایشگاه ذوب کنیم لازم است آن را در کوره قرار دهیم و دماى آن را تدریجاً زیاد کنیم و آن را به نقطه‌ی ذوب برسانیم. درحالت متبلور، یون‌هاى سازنده کانى با نظم و ترتیب معینى پهلوى هم چیده شده‌اند و حول یک نقطه ثابت ارتعاشات اندکى از خود بروز مى‌دهند.با افزایش دما، یون‌ها دچار ارتعاش بیشتر مى‌شوند و در نتیجه به یکدیگر برخورد مى‌کنند، پس فضاى بیشترى نیاز دارند. این وضع، سبب افزایش فاصله بین یون‌ها و انبساط ماده جامد مى‌شود. در نقطه ذوب، فاصله یون‌ها، از هم زیادتر شده و شدت ارتعاشات بر نیروى پیوند شیمیایى یونى فایق مى‌آید، نتیجه آنکه:

۱- نظم و ترتیب ساختمان بلورین از بین مى‌رود.

۲- حجم ماده بیشتر شده و در نتیجه چگالى مایع مذاب کمتر از چگالى جامدى است که از آن به وجود مى‌آید.

در حالت تبلور، عکس پدیده ذوب رخ مى‌دهد. با کاهش دماى ذوب، یون‌ها به یکدیگر نزدیک‌تر می‌شوند و حرکت آزادانه خود را تقریباً از دست مى‌دهند.

شکل ۳- دو نمونه سنگ آذرین درونى و بیرونى

تشکیل ماگما: در حالت کلى، ماگما از ذوب سنگ‌هاى پوسته و یا گوشته طى فرایند بسیار پیچیده به وجود مى‌آید. علاوه بر افزایش دما که پیوندهاى یونى را در کانى‌ها سست و از هم جدا مى‌کند و به اصطلاح موجب ذوب سنگ‌ها مى شود، عوامل دیگرى نیز در ذوب سنگ‌ها دخالت مى‌کنند که یکى فشار و دیگرى حضور مواد فرّار و به ویژه، آب است.

افزایش فشار برخلاف گرما، باعث استحکام پیوندهاى شیمیایى شده و در نتیجه مانع ذوب سنگ‌ها مى‌شود و چون هر چه عمق زیاد شود فشار هم افزایش پیدا مى‌کند، براى ذوب سنگ‌ها در اعماق زیاد، دماى بیشترى نسبت به سطح زمین لازم است. بنابراین در عمق معینى از زمین، اگر دما ثابت فرض شود ولى از مقدار فشار کاسته شود، ماده به حالت ذوب نزدیک‌تر مى‌شود، و سرانجام عمل ذوب رخ مى‌دهد.

آب نیز به علت ساختمان خاص مولکولى خود مى‌تواند مانند گرما، جدا شدن پیوندهاى یونى را در کانى‌ها آسان کند. چون آب در همه‌ی سنگ‌هاى پوسته زمین کم و بیش وجود دارد، لذا افزایش فشار بخار آب را باید عاملى در ذوب سنگ‌ها به حساب آورد.

اصولاً ذوب سنگ‌هاى درونى زمین به هر علت که اتفاق افتاده باشد شامل تمام کانى‌هاى سنگ نمى‌شود. به عبارت دیگر، سنگ‌هاى درون زمین از کانى‌هاى مختلفى تشکیل شده‌اند که نقطه‌ی ذوب آ‌ن‌ها با هم تفاوت دارد، لذا در هنگام ذوب، بعضى از کانى‌هاى زودگداز ذوب مى‌شوند و بقیه کانى‌ها، یعنى انواع دیرگداز آن‌ها در تشکیل ماگما وارد نمى‌شوند. این قبیل ذوب را باید ذوب ناقص نامید. یکى از علل اختلاف ترکیب ماگماها، همین مقدار ذوب سنگ اصلى است که ممکن است۵، ۱۰ یا ۲۰ درصد از سنگ اصلى و یا بیشتر ذوب شود (شکل ۴).

شکل ۴- رابطه میان دما و عمق. به منطقه ذوب مواد توجه کنید.

جدول ١- ترکیب عمومى سنگ‌هاى آذرین

نوع کانى‌ها

نوع کانى‌هاى سنگ‌هاى آذرین کاملاً بستگى به ترکیب شیمیایى این سنگ‌ها دارد. کانى‌هایى که در یک سنگ آذرین فراوان‌تر باشند بر ظاهر سنگ اثر مى‌گذارند. چنانکه سنگ‌هاى پُر سیلیس به علت وفور کوارتز و فلدسپات، ظاهرى روشن داشته (سنگ‌هاى اسیدى) و سنگ‌هاى کم سیلیس و به اصطلاح بازیک (و خیلى بازیک) به علت وفور کانى‌هاى آهن و منیزیم‌دار رنگ تیره‌تر از خود ظاهر مى‌سازند (جدول ١). به این ترتیب، با توجه به رنگ سنگ (به شرط آنکه منظره تازه شکسته شده سنگ درنظر گرفته شود) مى‌توان تا اندازه‌اى به ترکیب سنگ پى برد).

شکل ۵- دو نمونه سنگ گرانیت

همه کانى‌هاى موجود در یک سنگ آذرین در یک زمان از ماگماى مذاب جدا نمى‌شوند، یعنى هر کانى در دماى خاص متبلور مى‌شود. چنانکه الیوین در دماى ۱۶۰۰ درجه اولین کانى است که از یک ماگماى بازیک (بازالت) متبلور مى‌شود و پیروکسن در دماى کمتر از آن، مثلاً در حدود ۱۴۰۰ درجه سانتیگراد به وجود مى‌آید. پس، وقتى که ماگماى داغ، شروع به سرد شدن کند، در دماهاى مختلف، کانى‌هایى با ترکیب‌هاى متفاوت مى‌توانند از مایع جدا شوند. با ادامه‌ی این عمل، ترکیب مایع مذاب باقیمانده تغییر مى‌کند.

یکى از پژوهش‌هاى بى‌سابقه در مورد تبلور ماگما، به وسیله بوون (Bowen) ژئوفیزیک‌دان امریکایى انجام شد. به عقیده او بیشتر ماگماها ترکیب بازالتى دارند. از این ماگما مطابق شکل ۶،  ضمن سرد شدن تدریجى، کانى‌هاى مختلف و در نتیجه سنگ‌هاى آذرین متفاوت به وجود مى‌آید.

بوون در آزمایش‌هاى خود مشاهده کرد نخستسن کانى‌هایى که از سرد شدن ماگما حاصل مى‌شود الیوین و پلاژیوکلاز کلسیم‌دار است. از تجمع این دو کانى همراه با مقدارى پیروکسن، سنگ بازالتى یا معادل درونى آن گابرو به وجود مى‌آید.

شکل ۶- واکنش‌هایى که بر اساس نظریه بوون در ماگماى بازالتى صورت مى‌گیرد

با ادامه تبلور، ترکیب ماده مذاب باقیمانده تغییر مى‌کند. یعنى تقریباً قسمت مهمى از آهن، منیزیم و کلسیم خود را از دست مى‌دهد. در عوض ماده مذاب از عناصرى که تاکنون در ساختمان ماده‌اى وارد نشده‌اند (سدیم و پتاسیم) غنى مى‌شود و در عین حال مقدار سیلیس نیز در مایع مذاب زیاد شده است.

ولی اگر نخستین بلورها (یعنى الیوین و پلاژیوکلاز کلسیم‌دار) در محلول باقى بمانند و با مایع وارد واکنش شوند، کانى‌هایى با درجات حرارت پایین‌تر از خود را به وجود مى‌آورند و این وضع ادامه مى‌یابد. این توالى تشکیل کانى‌ها را سرى واکنشى بوون مى‌گویند. در شکل ۶ در سمت چپ و بالا، کانى الیوین تشکیل شده و با مایع مذاب باقى مانده واکنش نموده و پیروکسن به وجود آمده است.

به عنوان مثال

پیروکسن → مایع مذاب باقیمانده + الیوین

آمفیبول → مایع مذاب باقیمانده + پیروکسن

بیوتیت → مایع مذاب باقیمانده + آمفیبول

در انتها، یعنى پس از انجماد قسمت اعظم ماگما، بلورهاى ارتوکلاز، مسکوویت و کوارتز از باقیمانده ماده مذاب متبلور مى‌شوند. در قسمت راست نیز ابتدا پلاژیوکلاز کلسیم‌دار و سرانجام پس از واکنش‌هاى متعدد پلاژیوکلاز سدیم‌دار حاصل مى‌شود. به این ترتیب با توجه به رنگ‌هاى مختلف در متن شکل، لااقل چهار نوع سنگ با ترکیب کانى شناسى متفاوت به وجود می‌آیند و به این طریق مى‌توان ثابت کرد که بر اثر جدا شدن بلورهاى اولیه (مثلاً ته نشین شدن در کف اطاق ماگمایى) و عدم واکنش با مایع باقیمانده و انجماد، سنگ‌هاى آذرین مختلفى به وجود مى‌آیند (شکل ٧).

شکل ٧- جدا شدن بلورهای اولیه و ته‌نشین شدن در کف اطاق ماگمایی

بافت

بافت یک سنگ آذرین به اندازه، شکل و آرایش کانی‌های موجود در سنگ اشاره می‌کند. نخستین چیزی که در سرنگ مشاهده می‌شود اندازه یا درشتی بلور است. به کمک بافت می‌توان یک سنگ آذرین درونی را از نوع بیرونی مشخص کرد. آیا می‌توانید چگونگی آن را ذکر کنید؟

به طور کلی سنگ‌های آذرین را از روی بافت، به انواع درشت بلور، ریز بلور، شیشه‌ای (فاقد بلور)، پورفیری و اسفنجی طبقه‌بندی می‌کنند. هرقدر سرعت سرد شدن کند‌تر باشد، تعداد مراکز تبلور کمتر بوده و یون‌ها فرصت کافی برای مهاجرت به سوی مراکز تبلور را خواهند داشت. در نتیجه، تعداد بلورها اندک، ولی اندازه‌ی آن‌ها بزرگ می‌شود. در عوض، اگر سرعت سرد شدن زیاد باشد، عکس حالت فوق‌العاده اتفاق می‌افتد، به طوری که سنگ‌ها فاقد بلور بوده و به اصطلاح شیشه‌ای هستند یعنی چون به سرعت سرد می‌شوند، لذا در آن‌ها ساختمان منظم بلورین وجود ندارد مانند (اُبسیدین).

در بافت‌های پورفیری بلورهای درشت در زمینه‌ای فاقد بلور یا ریز بلور قرار دارند. وجود بافت حاکی از آن است که در دو مرحله سرد شده است. در مرحله اول در اعماق (درشت بلورها)، مرحله دوم در مسیر حرکت و نزدیک شدن به سطح زمین (ریز بلورها) و یا در سطح زمین که خمیره سنگ، سریعاً انجماد یافته است. بافت حفره‌دار و اسفنجی نیز در سنگ پا و پوکه معدنی دیده می‌شود که به علت خروج گازها از گدازه در حال انجماد، چنین سنگ‌های حفره داری به وجود می‌آید.

شکل ۸- انواع بافت سنگ‌های آذرین متناسب با شرایط تشکیل آن‌ها

طبقه‌بندی

سنگ‌های آذرین را می‌توان بر اساس ملاک‌های زیر طبقه‌بندی کرد:

– ترکیب شیمیایی که به مقدار سیلیس موجود در سنگ وابسته است.

– نوع کانی‌های تشکیل دهنده‌ی سنگ.

-بیرونی و درونی بودن آن‌ها (بافت سنگ).

شکل ۹- رده‌بندى و ترکیب کانى‌شناسى اقسام مهم سنگ‌هاى آذرین

در شکل ۹، با ادغام سه مورد فوق، اقسام مهم سنگ‌های آذرین، نشان داده شده است. در بررسی این شکل به سه نکته زیر توجه کنید:

الف) یک ماده مذاب و ممکن است در اعماق و یا در سطح زمین سرد شود. در این حالت دو نوع سنگ به وجود می‌آید که از نظر شیمیایی و کانی شناسی شبیه به هم هستند، ولی از نظر بافت با هم تفاوت دارند. بنابراین، هر سنگ آذرین درونی یک معادل بیرونی خواهد داشت.

ب) در این شکل، اقسام سنگ هایی که بافت تماماً شیشه‌ای و حفره‌دار دارند دیده نمی‌شود. مسلماً این سنگ‌ها معادل درونی هم دارند.

ج) رنگ سنگ‌های آذرین تابع کانی‌های موجود در آن‌ها و وسیله خوبی برای تشخیص و نامگذاری رنگ‌هاست. در اینجا برای توجه به این که کدام یک از سنگ‌ها دارای رنگ روشن و کدام یک تیره رنگ است از رنگ‌های مختلف استفاده کرده‌ایم.

موارد استفاده

بعضی از سنگ‌های آذرین به ویژه گرانیت‌ها و گابروها را پس از برش و صیقل دادن به علت زیبایی، مقاومت زیاد و دوام طولانی به عنوان سنگ‌های تزئینی استخراج می‌کنند. از رگه‌های سیلیس در صنایع شیشه‌سازی و از رگه‌های فلدسپات در صنعت چینی‌سازی استفاده می‌کنند. از پوکه معدنی که سنگ سبک و متخلخل است و سیمان‌گیری خوبی دارد، به عنوان عایق در ساختمان‌ها استفاده می‌شود. از سنگ پا نیز که نوعی سنگ حفره دار است، جهت ساییدن و پرداختن چوب استفاده می‌کنند.

وضعیت فلزات اقتصادی و با ارزش نظیر طلا، نقره، مس، جیوه، سرب، پلاتین، اورانیم و کُرم توسط فرایندهای آذرین فراهم می‌شود. مثلاً در محل آستانه اراک در قدیم، صنعت طلا شوی جهت استخراج طلا از رسوبات آبرفتی (که خود از فرسایش گرانیت به وجود می‌آید)، رواج داشته است‌. در معدن مس سرچشمه نیز توسط فرایند‌های آذرین و بر اثر جریان محلول های داغ، مس، در شکستگی‌ها و حفرهضها متمرکز شده است. بسیاری از چشمه‌های آب گرم در مجاورت مناطق آتشفشانی جوانان قرار دارند از آن جمله در اردبیل (نزدیک آتشفشان سبلان)، بسیاری از چشمه های آبگرم اطراف دماوند و یا بستان آباد آذربایجان شرقی.

از فرسایش و هوازدگی کانی‌های سنگ های آذرین، خاک به وجود می‌آید که در واقع تکیه گاه و محل زیست و من و اعتقادی قضیه موجودات زنده در سطح زمین است و اگر فعالیت‌های آذرین وجود نداشت خاک که غذای انسان از آن تأمین می‌شود، به صورت فعلی به وجود نمی‌آمد.