A földkéreg a Föld összetételében elkülönülő legkülső kőzetréteg. Miből áll a földkéreg? A kérdésre adott válasz attól függ, hogy milyen kémiai elemekből, ásványokból vagy kőzettípusokból áll. Meglepő lehet, de körülbelül egy tucat kémiai elem, ásvány vagy kőzettípus elegendő a kéreg mintegy 99%-ának leírásához. Ez a cikk ezekről az igazán gyakori és talán néhány kicsit kevésbé gyakori, de figyelemre méltó építőköveiről szól a lábunk alatt lévő talajnak.
A kéregben található gyakori kőzetek. Vulkáni kőzetek az első sorban: gránit, gabbro, bazalt. Metamorf kőzetek a második sorban: gneisz, skizit, amfibolit. Üledékes kőzetek a harmadik sorban: homokkő, palakő, mészkő.
Ezek az adatok a különböző tanulmányok szerint változnak, mert tényleg nem tudjuk biztosan.
Ez a kéreg kémiai összetételének becslése, amely a különböző kőzettípusok kéregben lévő relatív arányainak és átlagos összetételének ismeretében készült.
A megértésünk biztosan korlátozott, mert az átlagos kontinentális kéreg több mint 40 km vastag, de nincs módunk közvetlenül mintát venni belőle. A legmélyebb bányák csak 4 km mélységig érnek, a legmélyebb fúrólyuk pedig 12 km mélyen van.
| Elem | Tömegszázalék | Gyakori ásványok | Gyakori kőzetek |
|---|---|---|---|
| Oxygen | 46.6 | Silikátok, oxidok stb. Az oxigén rendkívül elterjedt a kéregben, és nagyon reaktív is. Az ásványok térfogatilag jelentéktelen része nem tartalmaz oxigént. | Majdnem minden gyakori kőzettípus tartalmaz oxigént. Csak a szulfidos érctestek és az evaporitrétegek szinte oxigénmentesek, de ezek volumetrikusan viszonylag jelentéktelenek. |
| Szilícium | 27.7 | A szilíciumnak van egy nagyon nagy ásványcsoportja, amit szilikátoknak neveznek. A földkéreg több mint 90%-a szilikátásványokból áll. A szilícium és az oxigén a kéreg két leggyakoribb kémiai eleme, amelyek történetesen nagyon szeretik egymás társaságát. A tiszta szilícium-oxidot kvarcként ismerjük, amely a kéreg 12%-át teszi ki. Nincs egyetlen olyan gyakori, nem szilikátos ásvány sem, amely szilíciumot tartalmazna – a szilícium mindig oxigénnel egyesül. | A szilikátos ásványok a legtöbb gyakori kőzettípus (bazalt, gránit, pala, gneisz, homokkő stb.) építőkövei. A karbonátos kőzetek (mészkő, dolomit kőzet) és az evaporitok (gipszkőzet, kősó) figyelemre méltó kivételek. Ezek nem tartalmaznak szilíciumot, ha tiszták. Az átlátszatlan érces ásványok (oxidok és szulfidok) a legtöbb kőzettípus gyakori kisebb összetevői. Ezek is szilíciummentesek. |
| Alumínium | 8.1 | Nagyon elterjedt a szilikátásványokban (földpát, agyagásványok, csillám). Az alumínium-hidroxidok (böhmit, diaszpór, gibbszit) gazdaságilag fontos alumíniumérc-ásványok. | A mezőkőzetek nagyon gyakori ásványok a földkéregben, a földkéreg több mint felét (51%) ez az ásványcsoport alkotja. A csillám és az agyagásványok szintén gyakoriak, mindkettő a kéreg mintegy 5%-át teszi ki. Ennélfogva az alumínium is rendkívül elterjedt. Általában azonban nem nagyon koncentrálódik a szilikátásványokban. Az alumíniumot nagyon ritkán vonták ki szilikátos kőzetekből. A bauxit, amely alumíniumban gazdag laterit, nedves, forró területeken képződött, alumínium-hidroxidokat tartalmaz, és elsősorban alumíniumért bányásszák. A bauxitban lévő alumínium a szilikátos kőzetek kémiai időjárásának maradványa. |
| A vas | 5.0 | A vas az ásványokban széles körben elterjedt elem. Nevezetes vasban gazdag szilikátásványok a piroxének, amfibolok, olivin, fekete csillám biotit, gránát stb. A vas az üledékes kőzetekben is fontos elem. Az alumíniumhoz hasonlóan nehezen oldódik és vízzel nehezen hordható el. A vas gyakori a laterites talajban, és rozsdaszínű vas-oxid ásványt, hematitot képez. A hematit felelős számos ásvány és kőzettípus vörös színezéséért. A vas-oxid magnetit gyakori járulékos ásványként a metamorf és magmás kőzetekben. A vas-szulfid pirit a leggyakoribb szulfidásvány. A vas előfordul karbonátokban (sziderit, ankerit), agyagásványokban (glaukonit, klorit) is. A vas erős kromofór elem, sötét színt ad a befogadó ásványoknak. Ezért fekete a legtöbb piroxén és amfibol. | A vas valójában az egyetlen legnagyobb mennyiségben előforduló kémiai elem az egész Földön, de a legtöbbje a magban van. A bazalt, a gabbró, az amfibolit, a zöldkőris stb. a legjelentősebb kéreg kőzetek, amelyek sok vasat tartalmaznak. Számos kőzettípus van, amely jelentős mennyiségű vasat tartalmaz, de a legtöbb bányászott vas a BIF (banded iron formation) néven ismert metamorfizált üledékes kőzetekből származik. |
| Kalcium | 3.6 | A kalcium szintén nagyon elterjedt. A plagioklász földpátokban (a kéreg 39%-a) mindig jelen van, de a kalcium mennyisége ott is változó. A legfontosabb piroxének és amfibolok (augit és hornblende) tartalmaznak kalciumot. A kalcium számos más szilikátásványban is előfordul, például gránátban, epidotban, wollastonitban, titanitban stb. A kalcium a kalcit alkotórésze, amely nagyon fontos ásvány főként üledékes környezetben. A kalcium-foszfát apatit szintén gyakori ásvány. A gipsz egy fő evaporit ásvány, amely kémiailag hidratált kalcium-szulfát. A kalcium-fluorid fluorit ásványként ismert. | Egyaránt sikeresen fordul elő vulkáni, üledékes és metamorf kőzetekben. Különösen jól ismert kalciumtartalmú kőzettípus a mészkő. Metamorfizált megfelelője a márvány. A márvány ugyanúgy kalcitból áll, mint a mészkő. A kalcit figyelemre méltó ásvány. Még tiszta kalcitból álló vulkáni kőzet is létezik. Ezt karbonatitnak nevezik, de a mészkőhöz és a márványhoz képest nagyon ritka. A kalcium a magmás kőzetekben általában olyan ásványok része, mint a plagioklász, a piroxének és az amfibolok. A fő kalciumtartalmú metamorf kőzet az amfibolit (metamorfizált bazalt, a kalciumot a hornblende és a plagioklász tartalmazza). A foszforit egy másik fontos kalciumtartalmú üledékes kőzet (a kalciumot az apatit foszfátásvány tartalmazza). A kalcium evaporitokban is előfordul gipsz ásványként. |
| Nátrium | 2.8 | A nátrium széles körben elterjedt a szilikátásványokban. Fontos alkotórésze mind az alkáliföldpátnak, mind a plagioklásznak. A nátriumtartalmú piroxének viszonylag ritkák. A nátrium valamivel elterjedtebb az amfibolokban, de nem annyira, mint a kalcium. Jól ismert nátriumtartalmú szilikátásvány a turmalin. A nátrium fontos összetevője a feldszpatoidoknak, de mind a feldszpatoidok, mind a turmalincsoport ásványai viszonylag ritkák. Az üledékes környezetben a fő nátriumtartalmú ásvány a halit (NaCl). | Földpátot tartalmazó génkőzetek és metamorf kőzetek. Az időjárási vulkáni és metamorf kőzetekből származó nátrium nagy része feloldódik a tengervízben. A kősó a legfontosabb nátriumtartalmú üledékes kőzet. |
| Kálium | 2.6 | A kálium és a nátrium kémiailag és geológiailag is hasonló kémiai elemek. A kálium az alkáliföldpátok fontos alkotóeleme. A legtöbb alkáliföldpát sokkal több káliumot tartalmaz, mint nátriumot, ezért gyakran nevezik őket K-feldpátoknak. Fontos káliumtartalmú szilikátásványok a mikrák (a kéreg 5%-a). A biotit és a muszkovit a legfontosabb micák, és mindkettő káliumot tartalmaz. A legfontosabb káliumtartalmú üledékes ásvány a szilvit (KCl). | Az alkáliföldpátok és a micák gyakori kőzetek a szilikátos vulkáni és metamorf kőzetekben (gránit, gneisz, pala stb.). Az időjárási vulkáni és metamorf kőzetekből származó kálium nagy része feloldódik a tengervízben. A szilvit nem olyan gyakori párolgási anyag, mint a halit (kősó), mert a szilvit kicsapódásához sokkal nagyobb párolgási sebességre van szükség. |
| Magnézium | 2.1 | A magnézium nagyon elterjedt a földkéreg alatti köpenyben. Az olivin és a piroxén a legfontosabb Mg-tartalmú ásványok ott, és ezek az ásványok egyes kéregkőzetek, különösen a sötét színű magmás kőzetek alkotórészei is. Az amfibolok szintén tartalmaznak magnéziumot, de kevesebbet, mint a piroxének. A magnéziumion mérete hasonló a vaséhoz, ezért könnyen helyettesítheti a vasat az ásványok rácsában. Ez a helyzet az olivinben, a piroxénekben, az amfibolokban és még a micákban is (a flogopit a biotit Mg-ban gazdag változata). Fontos Mg-ban gazdag ásványok a metamorf kőzetekben a talkum és a szerpentin. Az üledékes környezetben a magnézium főként a karbonátokban, a dolomitban és a magnezitben fordul elő. Sok magnézium oldódik a tengervízben. A tengervízből magnéziumot vonnak ki. | A fontos Mg-tartalmú vulkáni kőzetek az ultramafikus kőzetek (peridotit, piroxenit). A sok piroxént tartalmazó kőzetek, mint a bazalt és a gabbro szintén tartalmaznak Mg-ot, de kisebb mértékben. Mg-ban gazdag metamorf kőzetek a szerpentinit és a talkumos szkíta. A legfontosabb Mg-tartalmú üledékes kőzet a dolomit kőzet, amely egykori mészkő, amelyet a mészkőbe szivárgó Mg-ban gazdag meteoros víz alakított át dolomittá. |
| Más | 1.5 | A kéreg egyéb gyakori elemei a titán, hidrogén, foszfor, mangán, fluor stb. Előfordulásuk valamivel korlátozottabb, de mind fontos elemek az ásványokban és kőzetekben. A hidrogén valójában rendkívül elterjedt alkotóeleme az ásványok széles skálájának, de ez a legkönnyebb kémiai elem, ezért tömegét tekintve nem alkotja a kéreg jelentős részét. | |
A kéreg leggyakoribb ásványai
Ha ezek az ásványok valóban ilyen gyakoriak, akkor mindannyiunknak több mint ismerősnek kellene lennie. Igen, azt hiszem, így van. Még ha nem is tudjuk megnevezni őket, biztosan láttuk már őket. A legtöbb ember számára a fent említett szilikátok annyira szürkék és hétköznapiak, hogy valószínűleg észre sem vesszük őket, vagy nem fordítunk rájuk figyelmet. Az alábbiakban olyan fényképeket mutatunk be, amelyek ezeket az ásványokat természetes környezetükben (feltárások és kézi minták) mutatják be. Szándékosan kőzeteken belüli ásványokat mutatok, mert így fordulnak elő a kéregben. Gyönyörű, tökéletes kristályfelületű mintákat lehet, hogy jó ránézni, de ezek ritkák a kéregben. Az ilyen kristályokat nem értékelem tananyagként. Rendkívül valószínűtlen, hogy önmaga megtalálja őket, és ezért nagyon keveset tanítanak nekünk.
A plagioklász a legfontosabb ásvány a kéregben. Gyakori az olyan mafikus vulkáni kőzetekben, mint a fenti diabáz minta. A finomabb bazaltos alapanyagban lévő fehér, hosszúkás fenokristályok plagioklász kristályok. A fekete kristályok a piroxénhez (augit ásvány) tartoznak. Az augit és a plagioklász is előfordul a finomszemcsés alapanyagban. A nagy kristályok lassan képződtek a magma kitörése előtt, a többi pedig gyorsan megszilárdult. A plagioklász azért ilyen gyakori, mert a bazaltos kőzetek és metamorfikus megfelelőik nagyon elterjedtek. Az óceáni kéreg nagy része bazaltos kőzetekből áll. A minta a Kanári-szigeteken található Teneriféről származik. A minta szélessége 14 cm.
Még egy bazaltos kőzetminta, de ezúttal sok olivinnel. Az olivin (zöld) sűrűbb, mint a plagioklász és a piroxén (mindkettő jelen van az alapanyagban), ezért lesüllyed a lávafolyások aljára, ahol olivinkumulált kőzetek alakulnak ki. Ez az olivinbazaltminta a hawaii Oahu szigetről származik. A minta szélessége 6 cm. 
Az agyagásványok túl kicsik ahhoz, hogy egyenként ábrázolhatók legyenek. Még fénymikroszkóppal is csak iszap vagy por látható, attól függően, hogy ezek az ásványok nedvesek vagy szárazak. Az agyagásványok olyan szilikátok, amelyek más szilikátásványok, többnyire földpátok időjárási termékei. A kép egy észtországi agyagbányában készült.
A biotit a két fő csillámás ásvány egyike. A másik a világos színű muszkovit. A minta a norvégiai Evjéből származik. A minta szélessége 11 cm.
A kéregben leggyakrabban előforduló kőzettípusok
A kőzeteket három nagy csoportra osztják: vulkáni, metamorf és üledékes kőzetek. Az óceáni kéreg nagyrészt bazaltos vulkáni kőzetekből áll, amelyeket vékony üledékréteg borít, amely a kontinentális szárazföldek peremei közelében a legvastagabb. A kontinentális kéreg sokkal vastagabb és régebbi. A kontinentális kéreg sokkal változatosabb és szerkezetileg nagyon összetett. Gyakorlatilag az összes ismert kőzettípus előfordul a kontinentális kéregben. Még a meteoritok, a köpenyből származó xenolitok és az ophiolitok (egykori óceáni kéreg töredékei) is a kontinentális kéreg alkotórészei, mert ott találtuk őket.
A kontinentális kéreg nagyjából háromnegyedét üledékes kőzetek borítják, és szinte az egészet laza üledékek (talaj, homok, piszok stb.). A legnagyobb valószínűséggel ezekkel az anyagokkal találkozunk, de fontos megérteni, hogy annak ellenére, hogy ilyen mindenütt jelen vannak a felszínen, a kéreg teljes tömegének csak mintegy 8%-át teszik ki. Az üledékek az eltemetés után üledékes kőzetekké szilárdulnak. A homokból homokkő, a meszes iszapból mészkő, az agyagból agyagkő lesz. Az üledékes kőzetek csak a kéreg felső részein stabilak. A mélyebb részeken a nagy nyomás és hőmérséklet hatására metamorfizálódnak (az ásványok átkristályosodnak), és különböző metamorf kőzetekké alakulnak. A kontinentális kéreg nagy része metamorf kőzetekből áll. A vulkanikusan aktív régiókban a felszínen is gyakoriak az igneózus kőzetek, de a kéreg mélyebb rétegeiben is előfordulnak (többnyire) gránitos intrúziók formájában.
Fontos üledékek a homok, az agyag, az iszap (agyag és finom homok nedves keveréke) és a meszes iszap. Széles körben elterjedt üledékes kőzetek a mészkő (a kéreg térfogatának 2%-a), homokkő (1,7%), agyagkő (4,2%), amelyek az előbb említett laza üledékek kőzetté vált változatai. Az olyan kémiai üledékek, mint a halit és a gipsz szintén fontosak, de össztérfogatuk egyértelműen a kéreg 1%-ánál kevesebb. Fontos vulkáni kőzetek a gránit, a granodiorit, a gabbro, a bazalt, a diorit, az andezit stb. Nagyon nehéz megmondani, hogy mekkora ezeknek a kőzeteknek a százalékos aránya. A fontos metamorf kőzetek a széles körben elterjedt üledékes és vulkáni kőzetek metamorfizált megfelelői. Gyakori metamorf kőzetek a pala (metamorfizált agyagkő), a skizit (met. agyagkő, magasabb rendű, mint a pala), a kvarcit (met. homokkő), a márvány (met. mészkő), a gneisz (met. vulkáni kőzet vagy üledékes kőzet), az amfibolit (met. bazaltos kőzet).
Üledékek és üledékes kőzetek
A karbonátos kőzetek többsége egykor a tengerfenéken lévő karbonátos iszap volt. Ez az iszap apró karbonátos kagylókból, foraminiferákból, coccolithophorákból, csigákból stb. áll. Ez a minta egy bermudai korallhomok, amely korallzátonyok és fórumtesztek darabkáiból áll. Szélessége 32 mm.
A homokkő kőzetté vált homok. Ez a homokminta a mongóliai Góbi-sivatagból származó dűnehomok. Nézetszélesség 10 mm.
A mészkő általában tengeri élőlények meszes maradványaiból áll. Ezek néha elég nagyok ahhoz, hogy szabad szemmel is láthatóak legyenek. Itt egy észtországi (ordovícium) fosszilis mészkő trilobita, brachiopoda, bryozoan stb. kövületekkel. A minta szélessége 16 cm.
A gipsz egy evaporit ásvány. Az evaporitok vízben oldódó kémiai üledékek, amelyek a lagúnákban lévő koncentrált (magas sótartalmú) tengervízből kristályosodnak ki. A kép Cipruson készült.
A homokkő kőzetté vált homok. Vöröses színe a finom hematit (vasoxid) pornak köszönhető, amely az üledék nagy részét alkotó kvarcszemcséket borítja. Devon homokkő feltárása Észtországban.
A mészkő a legtöbb esetben megkövesedett meszes iszap. Siluri mészkő feltárása Saaremaa-ban, Észtországban.
Az iszapkő (alternatív nevei: pala, agyagkő és argillit) kőzetté vált iszap. Egy feltárás Skóciában. Kalapács a méretarányok miatt. Az iszapkövek a leggyakoribb üledékes kőzetek.
Az iszapkövek a legtöbb esetben a kontinentális lejtőn lefelé haladó, gyorsan mozgó iszapos víz alatti lavina során alakulnak ki. Az ilyen üledékáramlást zavaros áramlásnak nevezik. A zavarossági szekvencia jellemzően sok, egymást váltó iszapkő (nagyon finom homokkő) és iszap rétegekből áll. Az iszap gyorsabban ülepedik, mint az agyagásványok, ezért minden áramlás két különböző rétegből áll (lehet, hogy több is). Itt egy kép a sötét színű iszapkőről és az alatta lévő világos színű iszapkőről. Ezek a minták egy spanyolországi zavaros áramlatból származnak. A minták egyetlen feltárásból származnak, de ott nem egymás mellett voltak. A minták szélessége körülbelül 20 cm.
Egy feltárás turbiditból Marokkóban. Az ilyen üledékes szekvenciákat korábban flysch néven ismerték. Ezt a kifejezést ma már ritkán használják, mert a flysch kialakulásának magyarázata mára egyértelműen elavult. Régebben szerves része volt a geoszinklinális elméletnek, amely a hegységképződés folyamatát próbálta megmagyarázni, mielőtt megértettük, hogy létezik egy sokkal jobb magyarázat, amelyet lemeztektonika néven ismerünk.
Igneózus kőzetek
Az igneózus kőzeteket szilícium-dioxid-tartalmuk alapján osztályozzák. A sok szilícium-dioxidot tartalmazó kőzetek általában világos színűek. A legfontosabb ásványok a földpátok és a kvarc. Ezeket a kőzeteket felsikus kőzeteknek (földpát + szilícium-dioxid) nevezik. Gyakori felsikus kőzetek a gránit és a riolit. A mafikus kőzetek szilícium-dioxidban szegény, de magnéziumban és vasban viszonylag gazdagok. Ezek sötét színűek, és mafikus kőzeteknek (magnézium + vas) nevezik őket. Azonban függetlenül attól, hogy felsiek vagy mafikusak, ezek a kőzetek mindig sokkal több szilíciumot tartalmaznak, mint magnéziumot vagy vasat. A mafikus kőzetek fontos ásványai a piroxén, a plagioklász és néha az olivin vagy az amfibol. Vannak köztes összetételű kőzetek is (diorit és andezit).
Az ignoid kőzeteket tovább osztályozzák intruzív (plutonikus) és extruzív (vulkanikus) kőzetekre. Az intruzív kőzetek durva-, az extruzív kőzetek pedig finomszemcsések. A gránit, a diorit és a gabbro intruzív kőzetek. A riolit, az andezit és a bazalt vulkáni kőzetek. A felsikus kőzetek sokkal viszkózusabbak, ezért viszonylag ritkán törnek ki a felszínre. Általában intruzív kőzetként szilárdulnak meg. Ezért a gránit nagyon gyakori kőzettípus, míg a riolit nem ritka, de sehol sem olyan elterjedt, mint a gránit. Más a helyzet a mafikus kőzetek esetében. A bazaltos magma kevésbé viszkózus, és viszonylag könnyen a felszínre áramlik. A bazalt nagyon gyakori kőzettípus, különösen az óceáni kéreg felső részén. Az andezit valahol középen helyezkedik el. Elég gyakori kőzettípus, amely a szubdukciós zóna vulkanizmusához kapcsolódik, de nem olyan elterjedt, mint a bazalt.
Mellesleg a kontinentális kéreg átlagos összetétele az andezit. Ennélfogva úgy gondoljuk, hogy ez támpontot ad arra, hogyan alakult ki a kontinentális kéreg. A szubdukciós zónás vulkanizmus az, ami olyan köztes összetételű lávát hoz létre, ami kevésbé sűrű, mint az óceáni kéreg bazaltos kőzetei, és ezért nem képes visszasüllyedni a köpenybe. A kontinentális kéreg tehát nem kerül újrahasznosításra az óceáni kéreg szállítószalagja által, és az idő múlásával csak egyre nagyobbra és nagyobbra nőhet.
A riolit a gránit vulkáni megfelelője. A Skóciából származó minta 8 cm széles.
A gabbro egy mafikus intruzív kőzet. A Ciprusról származó minta (a Troodos ophiolitból, amely egykori óceáni kérget képvisel) 7 cm széles.
A bazalt a gabbro vulkáni megfelelője. Az Észak-Írországból származó minta 8 cm széles.
Az andezit egy gyakori vulkáni kőzet, amely összetételét tekintve a mafikus és a felsikus kőzetek között helyezkedik el. A fehér ásvány a plagioklász. A Szantoriniról származó minta szélessége 7 cm.
Metamorf kőzetek
Ez a kőzettípus egykor homokkő volt, de olyan mélyre temették, hogy a kvarcszemcsék összeolvadtak, és egy kemény metamorf kőzetet, az úgynevezett kvarcitot alkottak. A minta Írországból származik.
A márvány egy metamorfizált mészkő. Kalcitból áll. A feltárás az oroszországi Karéliában található.
A skiszt egy erősen lombosodott metamorf kőzet, valószínűleg metamorfizált iszapkő. A fotó Skóciában készült.
Kézzel vett skizitminta Spanyolországból. A minta szélessége 9 cm.
A kloritos pala egy metamorfizált mafikus vulkáni kőzet, amely gazdag vastartalmú zöld lapszilikát ásványban, a kloritban, amely lamellás hasadást ad a kőzetnek. A minta szélessége 13 cm.
A gneisz nagyon gyakori metamorf kőzet. Talán a földkéreg akár egyötödét is gneiszes kőzetek alkotják. Karélia, Oroszország. Ennek a példánynak az összetétele egy közönséges gránité: rózsaszín K-gránit, szürke kvarc és fekete biotit. A minta szélessége 11 cm.