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 biotitthì 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::^[4]

• 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

Stawamus Chief là một granit monolith ở British Columbia,Canada

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 aplitvà 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 lộ ra ở Chennai, Ấn Độ.

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, canxi 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^[5]. 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.^[6][7]

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 canxi 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)^[8]. 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.^[9] 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^[10]. Radon can also be introduced into houses by wells drilled into granite^[11]. Khí radon tác động mạnh tới sức khỏe, và là nguyên nhân gây ung thư xếp thứ 2 tại Mỹ sau khói thuốc^[11].

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 phở 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 being potentially problematic. Các đá được thí nghiệm bao gồm khoảng 80% các loại đá dùng làm mặt bàn trên thị trường tiêu thụ của Mỹ.