Đá (Rock)

Phân loại đá

Dựa trên nguồn gốc hình thành, đá được chia thành ba loại chính:

• Đá magma (Magmatic rock/Igneous rock):
  • Hình thành từ magma nóng chảy nguội đi và kết tinh. Quá trình này có thể xảy ra bên trong vỏ Trái Đất (đá xâm nhập – intrusive rock) hoặc trên bề mặt (đá phun trào – extrusive rock).
  • Ví dụ: Granite (đá hoa cương), Basalt (đá bazan), Obsidian (đá vỏ chai), Rhyolite (đá ryolit), Gabbro (đá gabbro).
  • Đặc điểm: Thường có cấu trúc tinh thể, đôi khi có lỗ hổng (đá phun trào) do sự thoát khí khi magma nguội đi nhanh chóng. Kích thước tinh thể phụ thuộc vào tốc độ nguội của magma.
• Đá trầm tích (Sedimentary rock):
  • Hình thành từ sự tích tụ, nén ép và gắn kết các vật liệu trầm tích như cát, sỏi, vỏ sinh vật, hoặc các khoáng vật kết tủa từ dung dịch. Quá trình này thường diễn ra trong môi trường nước.
  • Ví dụ: Sandstone (đá sa thạch), Limestone (đá vôi), Shale (đá phiến sét), Conglomerate (đá cuội kết), Dolomite (đá đôlômit).
  • Đặc điểm: Thường phân lớp, có thể chứa hóa thạch. Cấu trúc và thành phần của đá trầm tích phản ánh môi trường hình thành của chúng.
• Đá biến chất (Metamorphic rock):
  • Hình thành từ sự biến đổi của đá magma hoặc đá trầm tích dưới tác động của nhiệt độ, áp suất cao và/hoặc dung dịch hóa học nóng. Quá trình biến chất làm thay đổi cấu trúc và thành phần khoáng vật của đá ban đầu mà không làm đá bị nóng chảy hoàn toàn.
  • Ví dụ: Marble (đá cẩm thạch) từ Limestone, Quartzite (đá thạch anh) từ Sandstone, Gneiss (đá phiến sọc) từ Granite, Schist (đá phiến), Slate (đá bảng).
  • Đặc điểm: Thường có cấu trúc biến dạng, đôi khi có các khoáng vật mới hình thành. Một số đá biến chất thể hiện sự sắp xếp của các khoáng vật theo từng lớp gọi là hiện tượng phân phiến.

Chu trình đá

Ba loại đá trên liên quan với nhau trong một chu trình gọi là chu trình đá. Chu trình này là một quá trình địa chất liên tục, diễn ra trong hàng triệu năm, thể hiện sự chuyển đổi giữa ba loại đá chính. Đá magma có thể bị phong hóa, xói mòn thành trầm tích, sau đó bị nén ép và gắn kết thành đá trầm tích. Đá trầm tích và đá magma có thể bị biến chất thành đá biến chất dưới tác động của nhiệt độ, áp suất cao và dung dịch hóa học. Đá biến chất và đá trầm tích có thể bị nóng chảy trở thành magma, và magma nguội đi tạo thành đá magma, hoàn thành chu trình.

Tính chất của đá

Tính chất của đá phụ thuộc vào thành phần khoáng vật, cấu trúc và nguồn gốc hình thành. Một số tính chất quan trọng bao gồm:

• Thành phần khoáng vật: Mỗi loại đá được cấu tạo bởi một hoặc nhiều khoáng vật khác nhau.
• Cấu trúc: Cách sắp xếp của các hạt khoáng vật trong đá (ví dụ: tinh thể, phân lớp, phân phiến…).
• Màu sắc: Phụ thuộc vào thành phần khoáng vật.
• Độ cứng: Khả năng chống lại trầy xước, thường được đo bằng thang độ cứng Mohs.
• Độ rỗng: Tỷ lệ thể tích lỗ rỗng trong đá. Ảnh hưởng đến khả năng thấm nước của đá.
• Độ thấm: Khả năng cho chất lỏng thấm qua.
• Tỷ trọng: Khối lượng trên một đơn vị thể tích.
• Cát khai: Xu hướng vỡ dọc theo các mặt phẳng nhất định.

Ứng dụng của đá

Đá được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực:

• Xây dựng: Làm vật liệu xây dựng nhà cửa, cầu đường, đập nước (ví dụ: đá granite, đá bazan, đá vôi…).
• Sản xuất xi măng: Đá vôi là nguyên liệu chính để sản xuất xi măng.
• Điêu khắc: Đá cẩm thạch, đá granite được sử dụng trong điêu khắc.
• Trang trí: Đá được sử dụng để ốp lát, trang trí nội ngoại thất.
• Khai thác khoáng sản: Đá chứa nhiều loại khoáng sản quý giá (ví dụ: vàng, bạc, đồng, sắt…).
• Năng lượng: Một số loại đá được sử dụng làm nguồn năng lượng (ví dụ: than đá, đá phiến dầu).

Đá là một phần thiết yếu của Trái Đất, có vai trò quan trọng trong việc hình thành môi trường tự nhiên và cung cấp tài nguyên cho con người. Việc hiểu biết về đá giúp chúng ta khai thác và sử dụng chúng một cách hiệu quả và bền vững.

Phân loại đá

Dựa trên nguồn gốc hình thành, đá được chia thành ba loại chính:

• Đá magma (Magmatic rock/Igneous rock): Hình thành từ magma nóng chảy nguội đi và kết tinh. Quá trình này có thể xảy ra bên trong vỏ Trái Đất (đá xâm nhập – intrusive rock, ví dụ: Granite (đá hoa cương), Gabbro, Diorite, Pegmatite) hoặc trên bề mặt (đá phun trào – extrusive rock, ví dụ: Basalt (đá bazan), Rhyolite, Obsidian (đá vỏ chai), Pumice (đá bọt), Andesite). Sự khác biệt về vị trí kết tinh ảnh hưởng đến tốc độ nguội của magma, từ đó ảnh hưởng đến kích thước tinh thể của đá. Đá xâm nhập thường có tinh thể lớn nhìn thấy được bằng mắt thường, trong khi đá phun trào có tinh thể nhỏ hơn, thậm chí là thủy tinh (không có cấu trúc tinh thể).
• Đá trầm tích (Sedimentary rock): Hình thành từ sự tích tụ, nén ép và gắn kết các vật liệu trầm tích. Các vật liệu này có thể là các mảnh vụn đá đã tồn tại trước đó (đá trầm tích mảnh vụn – clastic sedimentary rock, ví dụ: Conglomerate (đá cuội kết), Sandstone (đá sa thạch), Siltstone, Shale (đá phiến sét)), vỏ sinh vật (đá trầm tích sinh học – biogenic sedimentary rock, ví dụ: Limestone (đá vôi), Chert, Coal), hoặc các khoáng vật kết tủa từ dung dịch (đá trầm tích hóa học – chemical sedimentary rock, ví dụ: Gypsum, Rock salt, Dolomite). Đá trầm tích thường phân lớp và có thể chứa hóa thạch, cung cấp thông tin quý giá về lịch sử Trái Đất.
• Đá biến chất (Metamorphic rock): Hình thành từ sự biến đổi của đá magma hoặc đá trầm tích (đá nguồn – protolith) dưới tác động của nhiệt độ, áp suất cao và/hoặc dung dịch hóa học nóng, mà không làm đá nóng chảy hoàn toàn. Quá trình biến chất làm thay đổi cấu trúc, thành phần khoáng vật, và đôi khi cả thành phần hóa học của đá. Ví dụ: Marble (đá cẩm thạch) từ Limestone, Quartzite (đá thạch anh) từ Sandstone, Slate (đá phiến) từ Shale, Gneiss (đá phiến sọc) từ Granite, Schist, Phyllite. Áp lực định hướng có thể tạo ra sự sắp xếp song song của các khoáng vật dạng tấm hoặc dạng sợi, tạo nên cấu trúc phân phiến.

Chu trình đá

Ba loại đá trên liên quan với nhau trong một chu trình gọi là chu trình đá. Chu trình này mô tả các quá trình địa chất biến đổi đá từ dạng này sang dạng khác. Nó là một chu trình liên tục, không có điểm bắt đầu hay kết thúc cụ thể. Đá magma có thể bị phong hóa, xói mòn, vận chuyển và lắng đọng thành trầm tích, sau đó bị nén ép và gắn kết thành đá trầm tích. Cả đá trầm tích và đá magma có thể bị biến chất thành đá biến chất dưới tác động của nhiệt độ và áp suất. Đá biến chất và đá trầm tích có thể bị nóng chảy trở thành magma, và magma nguội đi tạo thành đá magma, tiếp tục chu trình.

Ý nghĩa của việc nghiên cứu đá

Nghiên cứu đá cung cấp thông tin về lịch sử Trái Đất, bao gồm:

• Sự hình thành và tiến hóa của vỏ Trái Đất: Thành phần và phân bố của các loại đá khác nhau giúp chúng ta hiểu về lịch sử kiến tạo và biến đổi địa chất của Trái Đất.
• Sự biến đổi khí hậu trong quá khứ: Đá trầm tích, đặc biệt là các lớp trầm tích chứa hóa thạch, ghi lại thông tin về môi trường và khí hậu cổ đại.
• Sự sống trong quá khứ: Hóa thạch được bảo tồn trong đá trầm tích cung cấp bằng chứng về sự tiến hóa của sự sống trên Trái Đất.
• Tìm kiếm và khai thác tài nguyên khoáng sản: Nhiều loại đá chứa các khoáng sản quan trọng cho nền kinh tế.
• Đánh giá các mối nguy hiểm địa chất: Nghiên cứu đá giúp dự đoán và giảm thiểu tác động của các hiện tượng như động đất, núi lửa, sạt lở đất.

• Plummer, C. C., McGeary, D., & Carlson, D. H. (2012). Physical Geology. McGraw-Hill Education.
• Grotzinger, J., & Jordan, T. H. (2014). Understanding Earth. W.H. Freeman.
• Tarbuck, E. J., & Lutgens, F. K. (2015). Earth: An introduction to physical geology. Pearson.

Câu hỏi và Giải đáp

Làm thế nào để phân biệt đá magma xâm nhập và đá magma phun trào ngoài thực địa?

Trả lời: Đá magma xâm nhập và phun trào có thể phân biệt dựa trên kích thước tinh thể. Đá xâm nhập nguội chậm bên dưới bề mặt Trái Đất, cho phép tinh thể phát triển lớn, dễ dàng nhìn thấy bằng mắt thường. Ngược lại, đá phun trào nguội nhanh trên bề mặt, tạo ra tinh thể rất nhỏ, khó nhìn thấy bằng mắt thường, hoặc thậm chí tạo thành thủy tinh (không có cấu trúc tinh thể).

Quá trình biến chất khu vực và biến chất tiếp xúc khác nhau như thế nào?

Trả lời: Biến chất khu vực xảy ra trên một diện rộng, thường liên quan đến các hoạt động kiến tạo mảng như hình thành núi. Áp suất và nhiệt độ cao tác động lên một vùng rộng lớn, tạo ra các đá biến chất như đá phiến sọc (gneiss). Biến chất tiếp xúc xảy ra khi đá tiếp xúc với magma nóng, chủ yếu chịu ảnh hưởng của nhiệt độ cao. Vùng biến chất thường hẹp, xung quanh khối magma xâm nhập, tạo ra các đá biến chất như đá sừng (hornfels).

Hóa thạch thường được tìm thấy trong loại đá nào? Tại sao?

Trả lời: Hóa thạch thường được tìm thấy trong đá trầm tích. Đá trầm tích hình thành từ sự tích tụ và nén ép các vật liệu trầm tích, bao gồm cả phần còn lại của sinh vật. Quá trình này có thể bảo tồn các phần cứng của sinh vật như xương, vỏ, hoặc dấu vết hoạt động của chúng. Đá magma và đá biến chất thường trải qua nhiệt độ và áp suất cao, phá hủy hầu hết các dấu vết của hóa thạch.

Chu trình đá có ý nghĩa gì đối với việc hình thành tài nguyên khoáng sản?

Trả lời: Chu trình đá đóng vai trò quan trọng trong việc hình thành và tập trung các tài nguyên khoáng sản. Các quá trình magma, trầm tích và biến chất có thể tạo ra các môi trường thuận lợi cho sự hình thành và tích tụ khoáng sản. Ví dụ, quá trình magma có thể tạo ra các mạch quặng chứa kim loại quý, quá trình trầm tích có thể hình thành các mỏ than, dầu khí, và quá trình biến chất có thể làm giàu các mỏ quặng kim loại.

Làm thế nào để xác định tuổi của một loại đá?

Trả lời: Tuổi của đá có thể được xác định bằng phương pháp định tuổi bằng đồng vị phóng xạ. Phương pháp này dựa trên sự phân rã của các đồng vị phóng xạ trong đá. Bằng cách đo tỉ lệ giữa đồng vị phóng xạ mẹ và đồng vị con được tạo ra từ sự phân rã, và biết được chu kỳ bán rã của đồng vị phóng xạ, các nhà khoa học có thể tính toán được tuổi của đá. Ví dụ, phương pháp Uranium-Chì (U-Pb) thường được sử dụng để xác định tuổi của đá rất cổ.