Đá hoa cương

Đá hoa cương, còn gọi là đá granit (còn được viết là gra-nít, gờ-ra-nít, bắt nguồn từ từ tiếng Pháp granite /ɡʁanit/),^[1] là một loại đá mácma xâm nhập phổ biến có thành phần axít. Đá hoa cương có kiến trúc hạt trung tới thô, khi có các tinh thể lớn hơn nằm nổi bật trong đá thì gọi là kiến trúc porphia hay nổi ban. Đá hoa cương có màu hồng đến xám tối hoặc thậm chí màu đen, tùy thuộc vào thành phần hóa học và khoáng vật cấu tạo nên đá. Các khối đá hoa cương lộ ra trên mặt đất ở dạng khối và có xu hướng tròn cạnh khi bị phong hóa. Đá hoa cương đôi khi xuất hiện ở dạng trũng tròn được bao bọc bởi các dãy đồi được hình thành từ quá trình biến chất tiếp xúc nhiệt hay sừng hóa.

Đá hoa cương hầu hết có cấu tạo khối, cứng và xù xì, và được sử dụng rộng rãi làm đá xây dựng. Tỷ trọng riêng trung bình là 2.75 g/cm³ độ nhớt ở nhiệt độ và áp suất tiêu chuẩn là ~4.5 • 10¹⁹ Pa•s.^[2]

Khoáng vật học

Granit được phân loại dựa trên biểu đồ QAPF dùng cho đá granitoit hạt thô và được đặt tên dựa trên phần trăm của thạch anh, fenspat kiềm (Orthoclas, sanidin, hoặc microclin) và plagiocla trên 1/2 biểu đồ A-Q-P. Granit thực thụ theo khái niệm của thạch học hiện đại chứa cả plagiocla và fenspat kiềm. Khi khối granitoit không có hoặc có ít plagiocla thì đá được gọi là granit kiềm. Khi granitoit chứa nhỏ hơn 10% Orthoclas thì được gọi là tonalit; pyroxen và amphibol là khoáng vật phổ biến trong tonalit. Granit chứa cả muscovit và biotit thì được gọi là granit hai mica. Granit hai mica thường có nhiều fenspat kali và ít plagiocla, thường gọi là granit kiểu S hoặc granit kiểu A. Dạng phun trào có cùng thành phần hóa học với granit gọi là ryolit. Granit nguyên thủy có độ thấm sơ cấp thấp nhưng có độ thấm thứ cấp cao.

Thành phần khoáng vật

Tỷ lệ trung bình của các thành phần khoáng vật trong granit trên thế giới được xếp loại theo phần trăm khối lượng theo thứ tự giảm dần như sau:^[3]

SiO₂ — 72.04%
Al₂O₃ — 14.42%
K₂O — 4.12%
Na₂O — 3.69%
CaO — 1.82%
FeO — 1.68%
Fe₂O₃ — 1.22%
MgO — 0.71%
TiO₂ — 0.30%
P₂O₅ — 0.12%
MnO — 0.05%

Dựa trên 2485 kết quả phân tích

Phân bố

Granit được biết như là loại đá cấu tạo nên phần lớn vỏ lục địa của Trái Đất. Granit thường xuất hiện ở dạng khối tương đối nhỏ, nhỏ hơn 100 km² và trong thể batholith, chúng thường đi cùng với các đai tạo núi. Các mạch nhỏ có thành phần giống granit được gọi là mạch aplit và chúng thường phân bố ở rìa của khối xâm nhập granit. Ở một vài nơi, các khối pegmatit hạt rất thô cũng đi cùng với granit. Granit đã xâm nhập vào lớp vỏ của Trái Đất trong suốt các giai đoạn địa chất, mặc dù đa số trong chúng có tuổi tiền Cambri. Đá granit là đá nền bị phủ bởi hầu hết các đá trầm tích mỏng trong vỏ lục địa.

Ngoài việc phân bố phổ biến trên thế giới, các khu vực được biết đến với các mỏ granit nổi tiếng như: Brasil - Phần Lan - Ấn Độ - Na Uy - Bồ Đào Nha (Chaves - Vila Pouca de Aguiar) - Tây Ban Nha (Galicia - Extremadura) - miền nam châu Phi (Angola - Namibia - Nam Phi - Zimbabwe) - Thuỵ Điển (Bohuslän) - Hoa Kỳ (New Hampshire - Vermont - Minnesota - Bắc Carolina)

Nguồn gốc

Granit là đá xâm nhập được hình thành từ macma. Mácma granit có thể có nhiều nguồn gốc khác nhau và nó thường là các đá xuyên cắt qua các đá khác. Hầu hết các dạng xâm nhập của granit diễn ra trong lớp vỏ Trái Đất ở độ sâu thường lớn hơn 1.5 kilomet cho đến 50 km trong vỏ lục địa mỏng. Nguồn gốc của đá granit rất đa dạng nên cũng sẽ có nhiều cách phân loại khác nhau. Phân loại theo khu vực theo kiểu Pháp, Anh và Mỹ. Các phân loại này dẫn đến các nhầm lẫn bởi vì chúng được phân loại dựa trên những cách xác định theo nhiều ý nghĩa khác nhau. Các phân loại chung nhất là 'alphabet-soup' được sử dụng nhiều vì chúng dựa trên nguồn gốc của macma.

Nguồn gốc địa hóa

Các khối granitoit kết tinh từ mácma vì vậy chúng có thành phần gần với điểm eutectic (hay nhiệt độ thấp nhất trên đường cong cotectic). Mácma tiến hóa theo eutectic bởi sự phân dị mácma, hoặc do chúng thể hiện cấp thấp trong một phần mácma nóng chảy. Kết tinh phân đoạn làm giảm hàm lượng sắt, magiê, titan, calci và natri, và làm giàu kali và silic. Fensapt kiềm (giàu kali) và thạch anh là hai thành phần chính của đá granit.

Quá trình này đề cập đến nguồn gốc của nguồn mácma tạo ra granit, cũng như thành phần hóa học của nó. Tuy nhiên, thành phần và nguồn gốc của mácma tạo granit cũng để lại dấu hiệu về khoáng vật và địa hóa của đá nguồn trước khi tan chảy thành mácma. Thành phần hóa học, cấu trúc và khoáng vật cuối cùng của granit thường khác biệt với nguồn gốc của nó. Ví dụ, granit hình thành từ đá trầm tích nóng chảy có thể có nhiều fenspat kali, trong khi granit kết tinh từ bazan nóng chảy có thể giàu plagiocla. Trên là sự phân loại "alphabet" hiện đại.

Phân loại Alphabet soup

Chappell và White đề xuất phương pháp này lần đầu tiên để chia granit thành hai loại là granit kiểu I và granit kiểu S hay granit có nguồn gốc từ đá trầm tích.^[4] Cả hai loại granit nay đều được hình thành từ sự nóng chảy các đá biến chất cấp cao, hoặc các đá granit hoặc các đá xâm nhập mafic khác, cũng có thể là các đá trầm tích.

Kiểu M hay kiểu manti cũng được xếp loại sau này để chỉ các đá granit kết tinh từ mácma mafic có nguồn gốc chắc chắn là từ manti. Loại này rất hiếm gặp bởi vì rất khó để chuyển từ bazan thành granit thông qua quá trình kết tinh phân đoạn.

Granit kiểu A- hay còn gọi là granit tạo sơn được hình thành bên trên các hoạt động phun trào núi lửa kiểu "điểm nóng" và khác nhau về đặc điểm khoáng vật học và địa hóa. Các loại granit này được hình thành từ sự nóng chảy của phần bên dưới vỏ Trái Đất trong các điều kiện rất khô (không có dung dịch tham gia). Các đá ryolit ở Yellowstone caldera là các ví dụ về đá có thành phần tương tự với granit kiểu A.^[5]^[6]

Granit hóa

Theo thuyết loại trừ phổ biến trước đây, sự granit hóa chỉ granit được hình thành tại chỗ bởi biến chất trao đổi bằng dung dịch mang đến các nguyên tố như kali và loại bỏ các nguyên tố khác như calci trong đá biến chất để tạo thành granit. This was supposed to occur across a migrating front. Việc tạo ra granit từ đá biến chất được nung nóng là rất khó, nhưng có thể quan sát quá trình tạo ra đá amphibolit và granulit. Sự granit hóa và tan chảy bởi quá trình biến chất là rất khó nhận biết trừ khi cấu tạo leucosome và melanosome có mặt trong các đá gơnai. Khi đá biến chất bị nóng chảy nó sẽ không còn là đá biến chất mà là mácma, vì vậy các đá thể hiện dấu hiệu chuyển tiếp giữa hai loại đá, nhưng lúc này đá granit không nhất thiết là phải xuyên cắt vào các đá khác. Trong tất cả các trường hợp, sự nóng nảy đá ở dạng rắn cần nhiệt độ cao, và cũng có nước và các chất dễ bay hơi khác có vai trò làm chất xúc tác để làm giảm nhiệt độ hóa rắn của đá.

Dâng lên và tan chảy

Dâng lên và tan chảy tạo ra một lượng lớn granit trong phần trên trong vỏ lục địa, và cũng là đối tượng tranh cãi của các nhà địa chất. Do các cơ chế mà họ đưa ra thiếu các dấu hiện ngoài thực tế, vì họ chỉ dựa chủ yếu trên các giả thuyết từ các số liệu mà họ thu thập được.Có hai giả thuyết chính về sự dâng lên của mácma trong vỏ Trái Đất:

(Stokes Diapir): là dạng một khối mácma xâm nhập và phá hủy các đá nằm trên nó
Fracture Propagation: mácma dâng lên theo khe nứt (đứt gãy)

Trong hai cơ chế này, Stokes diapir đã được sử dụng trong nhiều năm mà không có lý do nào để thay thế nó. Ý tưởng cơ bản của nó là mácma xâm nhập vào vỏ Trái Đất như là một khối độc lập theo nguyên tắc đẩy nổi. Khi nó xâm nhập lên trên, nó nung chảy các đá xung quanh làm chúng ứng xử theo định luật Newton cho chất lưu và dòng chảy này được bao bọc bởi khối đá mác ma cho phép nó đi qua nhanh hơn mà không bị mất nhiều nhiệt (Weinberg, 1994). Điều này hoàn toàn hợp lý đối với phần bên dưới của vỏ gồm các đá nóng, dẻo, dễ biến dạng, nhưng lại không phù hợp với phần trên của vỏ nơi mà các đá lạnh hơn và giòn hơn. Các đá ở phần trên không dễ biến dạng, khi mácma dâng lên trong ống (pluton), nó phải tốn nhiều nhiệt hơn để nung nóng các đá xung quanh, chúng sẽ bị lạnh và hóa rắn trước khi xâm nhập lên các phần bên trên trong vỏ Trái Đất.

Ngày nay, xâm nhập theo đứt gãy (fracture propagation) là cơ chế được các nhà địa chất sử dụng khi giải thích các vấn đề chính liên quan đến sự di chuyển các khối mácma lớn trong vỏ Trái Đất lạnh và giòn. Mácma dâng lên trong các kênh nhỏ dọc theo hệ thống đứt gãy đã tồn tại trước và mạng lưới các đới căng giãn (chịu ứng suất cắt) đang hoạt động và kết tinh lại giữa các đứt gãy này gọi theo cơ chế tự chèn tạo thành các dyke (Clemens, 1998).^[7] Khi các kênh dẫn này mở ra, thì dòng mácma đầu tiên sẽ chen vào, hóa rắn và tạo một dạng chống mất nhiệt để các mácma sau xâm nhập vào.

Mácma granit phải tạo một không gian cho riêng nó hoặc xâm nhập vào các đá khác để tạo thành các đá xâm nhập, và một số cơ chế tổng quát cũng được đưa ra để giải thích sự có mặt của khác khối batholith lớn:

Dừng lại, ở nơi mà granit phá vỡ đá xung quanh và đẩy chúng lên trên khi đó nó di chuyển các khối bên trên vỏ
Đồng hóa, ở nơi mà granit tan chảy, tiếp tục đi lên và đẩy các vật liệu bên trên theo đường đi của nó
Sự phồng lên, ở nơi mà khối granit phồng lên khi bị ép và tiêm nhập vào vị trí của nó

Hầu hết các nhà địa chất ngày nay đồng ý rằng sự kết hợp của các hiện tượng này có thể sử dụng để giải thích sự xâm nhập của granit, và không phải tất cả các đá granit có thể được giải thích một cách đầy đủ bởi một cơ chế hay theo cơ chế khác.

Phóng xạ tự nhiên

Granit là nguồn phóng xạ tự nhiên giống như hầu hết các đá tự nhiên khác. Tuy nhiên, một số loại granit có lượng phóng xạ cao có thể gây nguy hiểm. Một số loại granit có hàm lượng Urani khoảng 10 đến 20 ppm. Trong khi đó, các đá mafic khác như tonalit, gabbro hoặc diorit hàm lượng này khoảng từ 1 đến 5 ppm, trong đá vôi và các đá trầm tích thì hàm lượng này thấp hơn. Một số ống dẫn (pluton) granit lớn là nguồn chứa các kênh dẫn cổ hay các tích tụ quặng urani, ở đó urani bị rửa trôi từ granit và pegmatite có lượng phóng xạ cao lắng đọng cùng trầm tích. Granit có thể được xem là có khả năng gây các tai biến phóng xạ tự nhiên, ví dụ như các làng phát triển trên nền đá granit có thể chịu phóng xạ cao hơn các làng ở nơi khác.^[8] Các tầng hầm và các phòng được thiết kế trong đất trên nền đá granit trở thành bẫy giữ khí radon, một loại khí hiếm nặng hơn không khí và là sản phẩm phân rã từ urani.^[9] Radon cũng có thể được đưa vào nhà qua các giếng khoan vào đá granite.^[10] Khí radon tác động mạnh tới sức khỏe, và là nguyên nhân gây ung thư xếp thứ 2 tại Mỹ sau khói thuốc.^[10]

Tuy nhiên, trong đa số các trường hợp, granit vẫn là nguồn phóng xạ tự nhiên trội hơn khi so sánh với các đá khác. Có rất nhiều tài liệu công bố của các cơ quan khảo sát địa chất trên thế giới có thể truy cập trực tuyến để xem các yếu tố gây nguy hiểm ở các vùng có granit và các nguyên tắc được liên quan đến việc phòng chống sự tích tụ khí radon trong nền nhà và nhà kính.

Một nghiên cứu về granit dùng làm mặt bàn bởi National Health and Engineering Inc of USA [1], được đưa ra vào tháng 11 năm 2008, tuy nhiên nghiên cứu này không tìm thấy một loại đá granit đơn lẻ có thể gây nguy hiểm cho sức khỏe. Hàm lượng radon và phóng xạ của đá đều nằm bên dưới giới hạn trung bình, và giá trị này rất phổ biến ở Mỹ. Dựa trên kết quả thí nghiệm từ khoảng hơn 400 mẫu của 115 loại đá granit làm mặt bàn, các nhà khoa học kết luận có thể có vấn đề. Các đá được thí nghiệm bao gồm khoảng 80% các loại đá dùng làm mặt bàn trên thị trường tiêu thụ của Mỹ.

Sử dụng

Thời Cổ đại

Voi và các chạm trổ trên đá granit; Mahabalipuram, Ấn Độ.

Kim tự tháp đỏ của Ai Cập (thế kỷ 26 trước Công Nguyên), được đặt tên bởi bề mặt đá granit có sắc đỏ nhạt lộ ra trên mặt, là kim tự tháp lớn thứ 3 ở Ai Cập.. Kim tự tháp của Menkaure, cũng cùng tuổi với kim tự tháp trên, được làm từ các khối đá vôi và granit. Kim tự tháp lớn của Giza (2580 TCN) chứa một cái quan tài lớn bằng granit được trang trí bằng "granit đỏ Aswan". Kim tự tháp đen bị phá hủy gần như hoàn toàn cùng thời với Amenemhat III, khi đó được làm bằng granit được đánh bóng, ngày nay được trưng bày tại sảnh chính của Bảo tàng Ai Cập tại Cairo (xem Dahshur). Ngoài ra, người Ai Cập cổ đại còn dùng granit làm cột, giá cửa, ngạch cửa, chốt cửa, tường và lót nền nhà.^[11] Làm thế nào họ lấy được các khối granit mà vẫn còn nguyên vẹn. Tiến sĩ Patrick Hunt^[12] giả thuyết rằng người Ai Cập sử dụng emery có độ cứng cao hơn độ cứng trong thang độ cứng Mohs.

Các ngôi đền Hindu lớn ở miền Nam Ấn Độ, được xây dựng vào thế kỷ 11, thời vua Rajaraja Chola I, cũng được làm bằng granit. Khối lượng granit được sử dụng rất nhiều trong các kiến trúc này và có thể so sánh với Kim tự tháp lớn của Giza.^[13]

Ngày nay

Granit được sử dụng rộng rãi ở dạng đá khối và lót nền trong các tòa nhà công cộng và thương mại, và làm bia tưởng niệm. Granit được sử dụng làm móng nhà rất phổ biến ở New England. Đường sắt granit,là đường sắt đầu tiên tại Mỹ được xây dựng từ khối lượng lớn granit được khai thác từ các mỏ đá ở Quincy, Massachusetts, đến sông Neponset vào thập niên 1820. Cùng với sự gia tăng mưa axít ở một số nơi trên thế giới, granit bắt đầu thay thế đá hoa, một loại đá từng được ưa chuộng trên thế giới. Granit được đánh bóng cũng là loại đá phổ biến được chọn để làm mặt bàn trong nhà bếp do nó đạt chất lượng về độ bền và đẹp.

Ngày nay đá granite chủ yếu được sử dụng ở dạng tấm, độ dầy 20 mm, được đánh bóng một mặt, chuyên dùng cho các công trình gia dụng và tòa nhà như để làm đá granite ốp cầu thang, ốp thang máy, mặt tiền. Một số loại đá granite phổ biến và được ưa chuộng nhất hiện nay là Đá Granite Kim Sa, Đá Granite Đỏ Ruby.

Azul Noche (Spain)
Bianco Tarn (France)
Bohus (Sweden)
Meissen (Germany)
Rapakivi Baltic Brown (Finland)

Bê tông với một lượng lớn cát sẽ có bề mặt gồ ghề giống như granit, và thường được sử dụng làm vật liệu thay thế granit. Một lượng granit khổng lồ được dùng trong xây dựng đường sắt Haytor Granite Tramway, Devon, England, năm 1820. Các đá curling có đường nét cong là loại đá trang trí truyền thống được làm bằng granit Ailsa Craig. Các đá đầu tiên được làm vào thập niên 1750, lấy từ Ailsa Craig ở Scotland. Do granit loại này rất hiếm nên giá của nó khoảng 1,500 USD. Khoảng 60–70% các đá được sử dụng ngày nay có nguồn gốc từ granit Ailsa Craig, mặc dù đảo này đã trở thành khu bảo tồn thiên nhiên và không còn hoạt động khai thác đá.^[14]

Vách đá giả

Granit là một trong những đá được các nhà leo núi chọn lựa vì nó không có bậc, vững chắc, hệ thống khe nứt, masát. Các nơi có vách đá bằng granit nổi tiếng dùng để leo như Yosemit, Bugaboos, dãy núi Mont Blanc (gồm các đỉnh như Aiguille du Dru, Aiguille du Midi và Grandes Jorasses), Bregaglia, Corse, các phần của Karakoram, dãy Fitzroy, Patagonia, đảo Baffin, Cornish coastvà Cairngorms.

Vách đá granit cũng có thể làm nhân tạo như trong các phòng tập thể dục và các công viên trò chơi trông có cảm giác giống như granit. Hầu hết chúng được làm bằng vật liệu tổng hợp vì granit thật rất nặng nên không dùng để dán lên các vách tường tập leo, cũng như trong các tòa nhà có tường cố định.

Tham khảo

^ Đặng Thái Minh (2011). “Dictionnaire vietnamien - français. Les mots vietnamiens d'origine française”. Synergies Pays riverains du Mékong (Số đặc biệt): 115. ISSN 2107-6758.
^ Naoichi Kumagai & Sadao Sasajima, Hidebumi Ito (ngày 15 tháng 2 năm 1978). “Long-term Creep of Rocks: Results with Large Specimens Obtained in about 20 Years and Those with Small Specimens in about 3 Years”. Journal of the Society of Materials Science (Japan). Japan Energy Society. 27 (293): 157–161. Truy cập ngày 16 tháng 6 năm 2008.Quản lý CS1: sử dụng tham số tác giả (liên kết)
^ Blatt, Harvey; Tracy, Robert J. (1997). Petrology (ấn bản thứ 2). New York: Freeman. tr. 66. ISBN 0716724383.
^ Chappell, B. W.; White, A. J. R. (2001). “Two contrasting granite types: 25 years later”. Australian Journal of Earth Sciences. 48 (4): 489–499. Bibcode:2001AuJES..48..489C. doi:10.1046/j.1440-0952.2001.00882.x. S2CID 33503865.
^ Boroughs, S., Wolff, J., Bonnichsen, B., Godchaux, M., and Larson, P., 2005, Large-volume, low-δ18O rhyolites of the central Snake River Plain, Idaho, USA: Geology 33: 821–824.
^ C.D. Frost, M. McCurry, R. Christiansen, K. Putirka and M. Kuntz, Extrusive A-type magmatism of the Yellowstone hot spot track 15th Goldschmidt Conference Field Trip AC-4. Field Trip Guide, University of Wyoming (2005) 76 pp., plus an appended map.
^ Clemens, John (1998). “Observations on the origins and ascent mechanisms of granitic magmas”. Journal of the Geological Society of London. 155 (Part 5): 843–51. doi:10.1144/gsjgs.155.5.0843.Quản lý CS1: ngày tháng và năm (liên kết)
^ “Radiation and Life”. Bản gốc lưu trữ ngày 13 tháng 5 năm 2008. Truy cập ngày 13 tháng 3 năm 2009.
^ “Decay series of Uranium”. Bản gốc lưu trữ ngày 9 tháng 3 năm 2012. Truy cập ngày 19 tháng 10 năm 2008.
^ ^a ^b “Radon and Cancer: Questions and Answers”. National Cancer Institute. Truy cập ngày 19 tháng 10 năm 2008.
^ James A. Harrell. “Decorative Stones in the Pre-Ottoman Islamic Buildings of Cairo, Egypt”. Truy cập ngày 6 tháng 1 năm 2008.
^ “Egyptian Genius: Stoneworking for Eternity”. Bản gốc lưu trữ ngày 14 tháng 10 năm 2007. Truy cập ngày 6 tháng 1 năm 2008.
^ “The Lost Temples of India”. Bản gốc (video) lưu trữ ngày 8 tháng 12 năm 2008. Truy cập ngày 6 tháng 1 năm 2008.
^ National Geographic News - Puffins Return to Scottish Island Famous for Curling Stones