Bài giảng địa chất học

Bài giảng giới thiệu các vấn đề cơ bản về Địa chất học, khái quát về Trái Đất và lớp vỏ Trái Đất; khoáng vật, đá, cách tính tuổi đá, giới thiệu khái quát về các quá trình địa chất, các t

TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUẢNG BÌNH

KHOA KHOA HỌC XÃ HỘI

BÀI GIẢNG

(Lưu hành nội bộ)

ĐỊA CHẤT HỌC

(Dành cho sinh viên Đại học Địa lý học

và Cao đẳng Sư phạm Địa lý, hệ chính quy)

Biên soạn: Nguyễn Hữu Duy Viễn

Năm 2014

MỤC LỤC

MỤC LỤC i

LỜI NÓI ĐẦU 1

CHƯƠNG 1 KHÁI QUÁT CHUNG 2

1.1 DẪN NHẬP VỀ ĐỊA CHẤT HỌC 2

1.1.1 Khái niệm 2

1.1.2 Đối tượng và nhiệm vụ 2

1.1.2.1 Đối tượng 2

1.1.2.2 Nhiệm vụ 2

1.1.3 Phương pháp nghiên cứu 2

1.1.3.1 Các phương pháp trong phòng 3

1.1.3.2 Các phương pháp thực địa 3

1.1.4 Ý nghĩa và xu thế phát triển 3

1.1.4.1 Ý nghĩa 3

1.1.4.2 Xu thế phát triển 4

1.2 KHÁI QUÁT VỀ TRÁI ĐẤT 4

1.2.1 Trái Đất trong hệ Mặt Trời 4

1.2.1.1 Mặt Trời - sao 4

1.2.1.2 Các hành tinh 4

1.2.1.3 Các hành tinh lùn 5

1.2.1.4 Các thiên thể nhỏ 5

1.2.2 Nguồn gốc hình thành Trái Đất 6

1.2.2.1 Giả thuyết Buffon 6

1.2.2.2 Giả thuyết Kant - Laplace 6

1.2.2.3 Giả thuyết Jeans 6

1.2.2.4 Giả thuyết Otto Smith 7

1.2.2 Hình thái bề mặt và cấu tạo Trái Đất 7

1.2.2.1 Hình dạng Trái Đất 7

1.2.2.2 Hình thái bề mặt Trái Đất 7

1.2.2.3 Cấu tạo của Trái Đất 8

1.2.3 Tính chất vật lý và hóa học 9

1.2.3.1 Đặc điểm vật lý 9

1.2.3.2 Thành phần hóa học 10

CHƯƠNG 2 CẤU TRÚC VÀ SỰ THÀNH TẠO VỎ TRÁI ĐẤT 12

2.1 CẤU TRÚC VỎ TRÁI ĐẤT 12

2.1.1 Kiểu vỏ lục địa 12

2.1.1.1 Cấu tạo vỏ lục địa 12

2.1.1.2 Các phụ kiểu của vỏ lục địa 12

2.1.2 Kiểu vỏ đại dương 12

2.1.2.1 Cấu tạo vỏ đại dương 12

2.1.2.2 Các phụ kiểu của vỏ đại dương 13

2.2 CÁC THUYẾT ĐỊA KIẾN TẠO 13

2.2.1 Các thuyết tĩnh 13

2.2.1.1 Thuyết co rút 13

2.2.1.2 Thuyết đứt gãy sâu 13

2.2.1.3 Thuyết kiến tạo máng 13

ii

2.2.2 Các thuyết động 14

2.2.2.1 Thuyết trôi dạt lục địa 14

2.2.2.2 Thuyết tách dãn đại dương 15

2.2.2.3 Thuyết kiến tạo mảng 15

CHƯƠNG 3 KHOÁNG VẬT - ĐÁ 17

3.1 KHOÁNG VẬT 17

3.1.1 Khái niệm và phân loại khoáng vật 17

3.1.1.1 Khái niệm khoáng vật 17

3.1.1.2 Phân loại khoáng vật 17

3.1.2 Hình thái tinh thể khoáng vật 17

3.1.2.1 Một số khái niệm liên quan 17

3.1.2.2 Sự đối xứng của tinh thể 18

3.1.2.3 Mạng tinh thể Bravais 18

3.1.3 Tính chất vật lý của khoáng vật 18

3.1.3.1 Tỷ trọng 18

3.1.3.2 Độ cứng 19

3.1.3.3 Cát khai 19

3.1.3.4 Vết vỡ 19

3.1.3.5 Màu 19

3.1.3.6 Màu vết vạch 19

3.1.3.7 Ánh 20

3.1.3.8 Từ tính 20

3.1.4 Phân loại khoáng vật 20

3.14.1 Phân loại theo nguồn gốc phát sinh 20

3.1.4.2 Phân loại theo thành phần hóa học 20

3.1.5 Một số khoáng vật tiêu biểu 21

3.2 ĐÁ 21

3.2.1 Khái niệm và phân loại đá 21

3.2.2 Chu trình đá 21

3.2.3 Đá magma 22

3.2.3.1 Khái niệm và phân loại 22

3.2.3.2 Thế nằm đá magma 22

3.2.3.3 Cấu tạo đá magma 23

3.2.3.4 Kiến trúc đá magma 24

3.2.3.5 Thành phần khoáng vật 24

3.2.4 Đá trầm tích 24

3.2.4.1 Khái niệm và phân loại 24

3.2.4.2 Thế nằm đá trầm tích 25

3.2.4.3 Cấu tạo đá trầm tích 25

3.2.4.4 Kiến trúc đá trầm tích 26

3.2.4.5 Thành phần vật chất 27

3.2.5 Đá biến chất 27

3.2.5.1 Khái niệm và phân loại 27

3.2.5.2 Phân bố đá biến chất 28

3.2.5.3 Cấu tạo đá biến chất 28

3.2.5.4 Kiến trúc đá biến chất 28

3.2.5.5 Thành phần khoáng vật 28

CHƯƠNG 4 TUỔI ĐỊA CHẤT VÀ CỔ SINH VẬT 29

4.1 CÁCH TÍNH TUỔI ĐÁ 29

4.1.1 Phương pháp tính tuổi tương đối 29

4.1.1.1 Phương pháp nguyên tắc địa chất 29

4.1.1.2 Phương pháp địa tầng 30

4.1.1.3 Phương pháp thạch học 30

4.1.1.4 Phương pháp cổ sinh 30

4.1.2 Phương pháp tính tuổi tuyệt đối 31

4.1.2.1 Phương pháp Thiên chúa giáo 31

4.1.2.2 Phương pháp độ mặn nước biển 32

4.1.2.3 Phương pháp kết tầng trầm tích 32

4.1.2.4 Phương pháp phóng xạ 32

4.2 THANG TUỔI ĐỊA CHẤT 33

4.2.1 Thang địa tầng 33

4.2.1.1 Thang địa tầng quốc tế 33

4.2.1.2 Thang địa tầng địa phương 33

4.2.1.3 Thang địa tầng tự do 34

4.2.2 Thang thời gian 34

4.2.2.1 Giai đoạn Kryptozoi 34

4.2.2.2 Giai đoạn Faerozoi 34

4.2.3 Các phân vị của Thang tuổi địa chất 34

4.2.3.1 Giới/ Đại 35

4.2.3.2 Hệ/ Kỷ 35

4.2.3.3 Thống/ Thế 35

4.2.3.4 Bậc/ Kỳ 36

4.2.3.5 Đới/ Thời 36

4.3 CỔ SINH VẬT 36

4.3.1 Hệ thống phân loại 36

4.3.2 Vi khuẩn cổ 36

4.3.3 Nguyên sinh vật 36

4.3.4 Nấm 36

4.3.5 Cổ động vật 36

4.3.5.1 Động vật không dây sống 36

4.3.5.2 Động vật có dây sống 37

4.3.6 Cổ thực vật 38

4.3.6.1 Thực vật bậc thấp 38

4.3.6.2 Thực vật bậc cao/ thực vật có phôi 38

CHƯƠNG 5 CÁC QUÁ TRÌNH ĐỊA CHẤT 40

5.1 CÁC QUÁ TRÌNH ĐỊA CHẤT NỘI LỰC 40

5.1.1 Vận động kiến tạo 40

5.1.1.1 Vận động dao động 40

5.1.1.2 Vận động uốn nếp 41

5.1.1.3 Vận động đứt gãy 42

5.1.2 Hoạt động magma 43

5.1.2.1 Khái quát về magma 43

5.1.2.2 Quá trình phân dị kết tinh 43

5.1.2.3 Quá trình xâm nhập, biến chất và phun trào 43

iv

5.1.2.4 Phân bố núi lửa trên Trái Đất 43

5.1.3 Động đất 44

5.1.3.1 Khái niệm và phân loại 44

5.1.3.2 Sự di chuyển và phân bố sóng chấn động 44

5.1.3.3 Phân bố động đất trên Trái Đất 44

5.2 CÁC QUÁ TRÌNH ĐỊA CHẤT NGOẠI LỰC 44

5.2.1 Quá trình phong hoá 44

5.2.1.1 Khái niệm phong hóa 44

5.2.1.2 Phong hóa vật lý 44

5.2.1.3 Phong hóa hóa học 45

5.2.1.4 Sản phẩm của phong hóa 46

5.2.2 Quá trình địa chất của gió 47

5.2.2.1 Quá trình phá hủy 47

5.2.2.2 Quá trình vận chuyển 47

5.2.2.3 Quá trình tích tụ 47

5.2.3 Quá trình địa chất của nước chảy trên mặt 48

5.2.3.1 Nước chảy tràn trên mặt 48

5.2.3.2 Dòng chảy tạm thời 48

5.2.3.3 Dòng chảy thường xuyên 48

5.2.4 Quá trình địa chất của hồ - đầm lầy 49

5.2.4.1 Quá trình địa chất của hồ 49

5.2.4.2 Quá trình địa chất của đầm lầy 49

5.2.5 Quá trình địa chất của băng hà 50

5.2.5.1 Khái quát về băng 50

5.2.5.2 Tác dụng địa chất của băng hà 50

5.2.6 Quá trình địa chất của nước dưới đất 50

5.2.6.1 Khái quát về nước dưới đất 50

5.2.6.2 Quá trình địa chất của nước dưới đất 51

5.2.6.3 Hiện tượng địa chất liên quan đến nước dưới đất 51

5.2.7 Quá trình địa chất của biển và đại dương 51

5.2.7.1 Khái quát về biển và đại dương 51

5.2.7.2 Quá trình địa chất của biển và đại dương 52

CHƯƠNG 6 LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN VỎ TRÁI ĐẤT 54

6.1 THỜI KỲ TIỀN CAMBRI (P) 54

6.1.1 Liên đại Hadean (Ha) 54

6.1.1.1 Xuất xứ 54

6.1.1.2 Hoạt động kiến tạo 54

6.1.1.3 Hoàn cảnh cổ khí hậu và sự sống 55

6.1.2 Liên đại Archean (Ar) 55

6.1.2.1 Xuất xứ và phân chia địa thời 55

6.1.2.2 Hoạt động kiến tạo 55

6.1.2.3 Hoàn cảnh cổ khí hậu và sự sống 55

6.1.3 Liên đại Proterozoi (Pr) 56

6.1.3.1 Xuất xứ và phân chia địa thời 56

6.1.3.2 Hoạt động kiến tạo 56

6.1.3.3 Hoàn cảnh cổ khí hậu và sinh vật 56

6.2 ĐẠI PALEOZOI (PZ) 57

6.2.1 Kỷ Cambri (Є) 57

6.2.1.1 Xuất xứ và phân chia địa thời 57

6.2.1.2 Hoạt động kiến tạo 57

6.2.1.3 Hoàn cảnh cổ khí hậu 57

6.2.1.4 Thế giới cổ sinh vật 58

6.2.1.5 Khoáng sản 58

6.2.2 Kỷ Ordovic (O) 58

6.2.2.1 Xuất xứ và phân chia địa thời 58

6.2.2.2 Hoạt động kiến tạo 58

6.2.2.3 Hoàn cảnh cổ khí hậu 59

6.2.2.2 Thế giới cổ sinh vật 59

6.2.3 Kỷ Silur (S) 59

6.2.3.1 Xuất xứ và phân chia địa thời 59

6.2.3.2 Hoạt động kiến tạo 59

6.2.3.3 Hoàn cảnh cổ khí hậu 60

6.2.3.2 Thế giới cổ sinh vật 60

6.2.3.4 Khoáng sản 60

6.2.4 Kỷ Devon (D) 61

6.2.4.1 Xuất xứ và phân chia địa thời 61

6.2.4.2 Hoạt động kiến tạo 61

6.2.4.3 Hoàn cảnh cổ khí hậu 61

6.2.4.4 Thế giới cổ sinh vật 61

6.2.4.5 Khoáng sản 62

6.2.5 Kỷ Cacbon (C) 62

6.2.5.1 Xuất xứ và phân chia địa thời 62

6.2.5.2 Hoạt động kiến tạo 62

6.2.5.3 Hoàn cảnh cổ khí hậu 62

6.2.5.4 Khoáng sản 62

6.2.5.5 Thế giới cổ sinh vật 63

6.2.6 Kỷ Pecmi (P) 63

6.2.6.1 Xuất xứ và phân chia địa thời 63

6.2.6.2 Hoạt động kiến tạo 63

6.2.6.3 Hoàn cảnh cổ khí hậu 63

6.2.6.4 Thế giới cổ sinh vật 63

6.2.6.5 Khoáng sản 64

6.3 ĐẠI MESOZOI (MZ) 64

6.3.1 Kỷ Trias (T) 64

6.3.1.1 Xuất xứ và phân chia địa thời 64

6.3.1.2 Hoạt động kiến tạo 64

6.3.1.3 Hoàn cảnh cổ khí hậu 65

6.3.1.2 Thế giới cổ sinh vật 65

6.3.1.4 Khoáng sản 65

6.3.2 Kỷ Jura (J) 65

6.3.2.1 Xuất xứ và phân chia địa thời 65

6.3.2.2 Hoạt động kiến tạo 65

6.3.2.3 Hoàn cảnh cổ khí hậu 66

6.3.2.4 Thế giới cổ sinh vật 66

vi

6.3.2.5 Khoáng sản 66

6.3.3 Kỷ Kreta (K) 66

6.3.3.1 Xuất xứ và phân chia địa thời 66

6.3.3.2 Hoạt động kiến tạo 66

6.3.3.3 Hoàn cảnh cổ khí hậu 66

6.3.3.4 Thế giới cổ sinh vật 66

6.3.3.5 Khoáng sản 67

6.4 ĐẠI KAINOZOI (KZ) 67

6.4.1 Kỷ Paleogen (E) 67

6.4.1.1 Xuất xứ và phân chia địa thời 67

6.4.1.2 Hoạt động kiến tạo 67

6.4.1.3 Hoàn cảnh cổ khí hậu 67

6.4.1.4 Thế giới cổ sinh vật 67

6.4.1.5 Khoáng sản 68

6.4.2 Kỷ Neogen (N) 68

6.4.2.1 Xuất xứ và phân chia địa thời 68

6.4.2.2 Hoạt động kiến tạo 68

6.4.2.3 Hoàn cảnh cổ khí hậu 68

6.4.2.4 Thế giới cổ sinh vật 69

6.4.2.5 Sự xuất hiện của con người 69

6.4.2.6 Khoáng sản 70

TÀI LIỆU THAM KHẢO CHÍNH 71

LỜI NÓI ĐẦU

Bài giảng “Địa chất học” được biên soạn dựa trên cơ sở những giáo trình có

liên quan của các trường bạn và tài liệu tác giả thu thập được từ nhiều nguồn khác nhau

Bài giảng giới thiệu các vấn đề cơ bản về Địa chất học, khái quát về Trái Đất và lớp vỏ Trái Đất; khoáng vật, đá, cách tính tuổi đá, giới thiệu khái quát về các quá trình địa chất, các thuyết kiến tạo, thang địa tầng, cơ sở cổ sinh vật và lịch sử phát triển của vỏ Trái Đất qua các giai đoạn trong quá khứ cho sinh viên ngành Địa lý học, chuyên ngành Địa lý du lịch và Sư phạm Địa lý được đào tạo tại Khoa Khoa học Xã hội, Trường Đại học Quảng Bình

Mặc dù đã cố gắng rất nhiều để nội dung bài giảng đáp ứng được yêu cầu của chương trình và nâng cao chất lượng đào tạo, song chắc chắn không tránh khỏi những sai sót Kính mong nhận được sự chỉ bảo của các nhà khoa học, các bạn đồng nghiệp, cùng sự góp ý của các bạn sinh viên khi sử dụng bài giảng này

Trân trọng cảm ơn tập thể Bộ môn Địa lý – Việt Nam học – Công tác xã hội, Trường Đại học Quảng Bình đã đọc và góp nhiều ý kiến bổ ích

NGƯỜI BIÊN SOẠN

CHƯƠNG 1 KHÁI QUÁT CHUNG

1.1 DẪN NHẬP VỀ ĐỊA CHẤT HỌC

1.1.1 Khái niệm

Cụm từ “Địa chất học” xuất phát từ chữ Hy Lạp geologia (geo: Trái Đất và logia:

nghiên cứu hoặc khoa học) Như vậy, Địa chất học là môn khoa học nghiên cứu về quy luật

hình thành, phát triển và biến đổi của Trái Đất và các yếu tố của nó trong quá khứ, hiện tại

Những nhà khoa học nghiên cứu về các vấn đề trên được gọi là nhà địa chất (geologist) Các nhà địa chất tiến hành nghiên cứu ở khắp nơi trên Trái Đất từ những miền núi cao, băng giá, tới đáy đại dương để hiểu biết tất cả các quá trình xảy ra trên Trái Đất và giải đoán lịch sử phát triển lâu dài và phức tạp của Trái Đất

Các quá trình nghiên cứu của các nhà địa chất tuân theo tất cả các quy luật tự nhiên được các nhà vật lý, hoá học và toán học phát hiện Địa chất học cũng là một ngành có tính thực tiễn đặc biệt vì nó là khoa học nghiên cứu về Trái Đất mà chúng ta đang sống, và những kết quả nghiên cứu có thể được kiểm chứng hoặc dựa trên những bằng chứng thực

tế mà từ đó đem lại hiểu biết về các hành vi của Trái Đất

1.1.2 Đối tượng và nhiệm vụ

- Địa chất lịch sử nghiên cứu về trình tự thời gian mà các sự kiện, cả tự nhiên và sinh

học đã xảy ra trên Trái Đất trong quá khứ, cụ thể: xác định tuổi của đá; lập lại những điều kiện địa lý tự nhiên của bề mặt Trái Đất trong những thời kỳ đã qua; lập lại vận động kiến tạo và lịch sử phát triển của cấu trúc lớp vỏ Trái Đất; xác định quy luật phát triển của vỏ Trái Đất

Ngoài ra, phụ thuộc vào đối tượng nghiên cứu cụ thể mà các nhánh đó lại được chia ra thành nhiều môn khác nhau:

- Nghiên cứu về thành phần vật chất vỏ Trái Đất: Khoáng vật học, Thạch học

- Nghiên cứu về các quá trình hình thành các loại đá: Địa tầng học, Magma học

- Nghiên cứu vận động vỏ Trái Đất: Địa chất cấu tạo, Địa kiến tạo, Tân kiến tạo

- Nghiên cứu về các loại khoáng sản, tiềm năng của chúng và phương pháp thăm dò

và khai thác chúng : Khoáng sản học, Địa chất thủy văn, Tìm kiếm thăm dò khoáng sản,

Địa vật lý, Kinh tế địa chất, Khoan thăm dò

- Nghiên cứu về môi trường và tai biến địa chất: Địa chất môi trường

- Nghiên cứu về điều kiện địa chất để xây dựng công trình: Địa chất công trình, Địa

kỹ thuật

1.1.3 Phương pháp nghiên cứu

Vì Địa chất học là ngành khoa học nghiên cứu về tất cả các hoạt động, quá trình và sự phát triển theo thời gian của các đối tượng địa chất trong những điều kiện vật lý, hóa học

và sinh học và các điều kiện tự nhiên khác vô cùng phức tạp Do đó, Địa chất học có mối quan hệ khăng khít với hầu hết các ngành khoa học khác như vật lý, hóa học, toán học, cơ học, sinh vật học

Địa chất học không những sử dụng thành quả của các nghiên cứu này mà còn bổ sung các dữ liệu và kiểm chứng những kết qủa của các nghiên cứu đó

Mối liên hệ giữa địa chất học và các môn khoa học cơ bản còn được thể hiện bởi sự ra đời của một loạt các môn khoa học có tính chất liên kết với mục đích giải quyết các vấn đề của địa chất học: Địa hoá học, Địa vật lý, Toán địa chất, Tin học địa chất

Cũng như các môn khoa học khác, Địa chất học sử dụng tổ hợp các phương pháp nghiên cứu theo logic khoa học tự nhiên là đi từ việc quan sát, thu thập, xử lý, tổng hợp và tìm ra các quy luật, xây dựng các giả thuyết và kiểm chứng kết quả

Tuy nhiên, do đặc thù của Địa chất học là đối tượng nghiên cứu của nó có không gian rất đa dạng, từ các lục địa tới các hạt khoáng vật hoặc nhỏ hơn và có một lịch sử hình thành

và phát triển rất lâu dài và phức tạp dưới các điều kiện hoá lý khác nhau trong quá khứ, nên việc nghiên cứu địa chất có nhiều nét đặc thù riêng Nhìn chung, việc nghiên cứu địa chất bao gồm một tổ hợp các phương pháp sau:

1.1.3.1 Các phương pháp trong phòng

Các phương pháp trong phòng: phân tích dữ liệu địa chất, phân tích mẫu, tổng hợp số liệu, mô phỏng thực nghiệm, suy đoán và đối sánh (lấy mới soi cũ) và mô hình hóa Trong

đó có phương pháp đặc thù của Địa chất học:

- Phương pháp “Hiện tại luận” của C Lyell (phương pháp suy đoán), dựa trên tư tưởng: “Hiện tại là chìa khóa của quá khứ” Theo phương pháp này thì các điều kiện hiện tại có thể giải thích cho các hiện tượng địa chất xa xưa Ví dụ: Ngày nay, các mỏ muối có màu đỏ của oxid sắt là do được hình thành trong điều kiện khô hanh Khi phát hiện được muối mỏ có màu đỏ như thế thì có thể suy ra giai đoạn quá khứ đó tại khu vực này đã có khí hậu khô hanh

- Phương pháp đối sánh: sử dụng tài liệu địa chất của một khu vực đã được nghiên cứu kỹ, đem so sánh với vùng mình đang nghiên cứu để rút ra kết luận hợp lý Ví dụ: Khi nghiên cứu vùng than ở Mạo Khê – Tràng Bạch có thể đối chiếu với vùng than Hòn Gai (đã được nghiên cứu kỹ)

Việc nghiên cứu địa chất có ý nghĩa thực tiễn quan trọng với mục đích cuối cùng là

phục vụ đời sống của con người Cuộc sống của muôn loài phụ thuộc vào môi trường xung

quanh và môi trường đó được quyết định bởi các quá trình địa chất trên mặt hoặc bên trong Trái Đất Do đó mức độ hiểu biết của chúng ta về hành vi của các quá trình địa chất sẽ quyết định tương lai của nhân loại nhờ những dự báo và tiên đoán của chúng ta Để có thể

dự đoán được những gì sẽ xảy ra trong tương lai, chúng ta phải hiểu rõ rất cả về vật chất của Trái Đất và các quá trình địa chất

Tất cả nguồn tài nguyên mà chúng ta đang sử dụng đều từ Trái Đất, do đó việc nghiên

cứu và hiểu biết rõ quy luật phân bố, trữ lượng tài nguyên (khoáng sản, nước dưới đất…)

có mặt bên trong và trên mặt đất, sự biến đổi toàn diện của khu vực qua các thời kỳ khác nhau và ý nghĩa của chúng đối với cuộc sống con người, giải thích sự phân bố, hình thành của các tài nguyên khoáng sản sẽ giúp chúng ta định hướng được sự phát triển thông qua việc khai thác và sử dụng tài nguyên hợp lý

Vì toàn bộ các kết cấu do con người tạo ra (nhà cửa, đường xa, cầu cống, sân bay, thủy điện…) đều được đặt trên nền móng là phần trên cùng của Trái Đất nên độ an toàn và

ổn định của chúng, sẽ phụ thuộc hoàn toàn vào sự hiểu biết về đặc điểm của nền móng này

thông qua việc nghiên cứu địa chất

Tất cả các tai biến đã, đang và sẽ xảy ra đều có nguồn gốc từ các hoạt động của Trái

Đất Có thể một ngày nào đó chúng ta có thể học được cách để khống chế các thiên tai,

nhưng hiện tại điều tốt nhất ta có thể làm được đó là dự đoán các thiên tai đó sẽ xảy ra khi nào và ở đâu để chuẩn bị đối phó nếu chúng xảy ra Để có thể dự đoán được chính xác các hiện tượng tự nhiên đó, ta phải biết được sự thay đổi có thể xảy ra và các dấu hiệu của nó thông qua việc nghiên cứu các quá trình địa chất

Về mặt tư tưởng, Địa chất lịch sử giải thích được sự biến đổi, phát triển của các quá trình và hiện tượng trong các thời kỳ địa chất đã qua, vì vậy nó đóng vai trò quan trọng

trong sự phát triển thế giới quan duy vật biện chứng

1.1.4.2 Xu thế phát triển

Cùng với sự tiến bộ vượt bậc của nghiên cứu khoa học trong thế kỷ XX và đầu thế kỷ XXI, ngành địa chất học thế giới cũng đang đứng trước những cơ hội và thử thách mới Với ứng dụng ngày càng tăng các thành tựu của khoa học công nghệ trong nghiên cứu địa chất, địa chất học ngày càng được định lượng hóa cả ở tầm vĩ mô và vi mô

Việc nghiên cứu địa chất ngày càng chính xác hóa, kết quả nghiên cứu ngày càng tiệm cận với quy luật thực tế của các quá trình địa chất, cả trong quá khứ và hiện tại

Việc nghiên cứu địa chất không chỉ được thúc đẩy trên đất liền mà còn được tiến hành rộng rãi trên biển và đáy đại dương, tiến sâu hơn vào các phần sâu của Trái Đất

Hơn thế, việc nghiên cứu địa chất còn đang được tiến hành với quy mô ngày càng tăng vào mối quan hệ giữa Trái Đất và các hành tinh trong hệ Mặt Trời và bản chất địa chất

của các hành tinh cũng như của vũ trụ và hình thành môn Địa chất vũ trụ

1.2 KHÁI QUÁT VỀ TRÁI ĐẤT

1.2.1 Trái Đất trong hệ Mặt Trời

Hệ Mặt Trời mà Trái Đất đang tồn tại là một bộ phận của hệ thiên hà có tên là Ngân

Hà Hệ Ngân Hà cùng với các hệ thiên hà khác lại là một bộ phận của một siêu thiên hà trong Vũ Trụ

Hệ Mặt Trời của chúng ta bao gồm: Mặt Trời, 8 hành tinh (với 61 vệ tinh), 5 hành tinh lùn, nhiều thiên thể nhỏ trong Hệ Mặt Trời

Tất cả các vật thể đó di chuyển trong vũ trụ với các quỹ đạo ổn định và ở trạng thái cân bằng trong vũ trụ nhờ lực hấp dẫn Các hành tinh, hành tinh lùn, hoặc các thiên thể nhỏ

di chuyển quanh Mặt Trời Trong khi các vệ tinh lại xoay quanh các hành tinh

1.2.1.1 Mặt Trời - sao

Theo Hiệp hội Thiên văn Quốc tế (IAU – 2006), sao là thiên thể có các đặc điểm:

- Tự phát sáng, vật chất chủ yếu ở trạng thái plasma;

- Khối lượng lớn (1020-1040kg) đủ để tạo ra lực hấp dẫn các hành tinh quay quanh;

- Nhiệt độ cao nhờ các phản ứng nhiệt hạch;

Mặt Trời là một ngôi sao ở trung tâm Hệ Mặt Trời, chiếm khoảng 99% tổng khối lượng Hệ Mặt Trời Nó là một khối cầu gần hoàn hảo, chỉ hơi dẹt (khoảng 9/1.000.000), có nghĩa đường kính cực của nó khác biệt so với đường kính xích đạo chỉ 10km

1.2.1.2 Các hành tinh

Theo Hiệp hội Thiên văn Quốc tế (IAU – 2006), hành tinh có các đặc điểm:

- Quỹ đạo quanh Mặt Trời;

- Khối lượng đủ lớn để trọng trường của chính nó thắng lực vật rắn, tạo nên hình dạng cân bằng thủy tĩnh (gần hình cầu);

- Quỹ đạo được dọn sạch (tách bạch với các vật thể khác);

Các nhà khoa học chia các hành tinh thành 2 loại dựa vào mật độ và khoảng cách tới Mặt Trời: Các hành tinh đất (terrestrial planets: terra tiếng Latin là Earth - Trái Đất) và các hành tinh khí (Jovian = Jove thần Jupiter)

- Các hành tinh đất (Thủy tinh, Kim tinh, Trái Đất, Hỏa tinh) là những hành tinh gần

Mặt Trời, nhỏ, rắn chắc, cấu tạo bởi các loại đá, có mật độ cao Thành phần của chúng tương đối giống nhau

- Các hành tinh khí (Mộc tinh, Thổ tinh, Thiên Vương tinh, Hải Vương tinh) là những

hành tinh ở xa Mặt Trời hơn, có kích thước lớn nhưng mật độ thấp Chúng có thể có phần nhân cứng như của các hành tinh đất nhưng phần lớn khối lượng của chúng là một lớp khí quyển dày cấu tạo bởi H2, He và các loại khí khác Bầu khí quyển này có thể quan sát được

từ Trái Đất Có thể tách Thiên Vương tinh và Hải Vương tinh thành nhóm các hành tinh băng đá, được phân biệt với các hành tinh khí bởi khối lượng thấp hơn của chúng (chỉ bằng

14 và 17 lần khối lượng Trái Đất), và đã mất gần hết H2 và He trong bầu khí quyển của chúng cùng với một tỷ lệ lớn đá và băng

1.2.1.3 Các hành tinh lùn

Theo Hiệp hội Thiên văn Quốc tế (IAU – 2006), hành tinh lùn có các đặc điểm:

- Quỹ đạo quanh Mặt Trời;

- Khối lượng đủ lớn để trọng trường của chính nó thắng lực vật rắn, tạo nên hình dạng cân bằng thủy tĩnh (gần hình cầu);

- Quỹ đạo chưa được dọn sạch (có vật thể khác nằm trên quỹ đạo)

Như vậy, các hành tinh lùn có chung rất nhiều đặc điểm với hành tinh, nhưng quỹ đạo của chúng chưa thật sự nổi trội như các hành tinh

Theo định nghĩa của IAU (2006), hiện nay Hệ Mặt Trời có 5 hành tinh lùn trong: Ceres, Pluto, Haumea, Makemake và Eris Một vài thiên thể khác nằm trong vành đai tiểu hành tinh (thiên thể giữa Hỏa tinh và Mộc tinh) và vành đai Kuiper (thiên thể ngoài Hải Vương tinh) đang được xem xét, và có thể sẽ có thêm 50 thiên thể nữa được đưa vào nhóm hành tinh lùn trong tương lai

1.2.1.4 Các thiên thể nhỏ

- Hành tinh vi hình là cách dịch không chính thức của thuật ngữ tiếng Anh "minor

planet" và đôi khi "planetoid", chỉ các thực thể nhỏ trong Hệ Mặt Trời nhỏ hơn các hành tinh, nhưng lớn hơn thiên thạch (các thiên thạch ở đây được coi là có kích thước nhỏ hơn 10m) và không phải là sao chổi (các sao chổi ở đây là các vật thể có khả năng tạo ra đuôi sao chổi khi đi qua gần Mặt Trời)

Trong tiếng Việt, thuật ngữ này ít dùng, mà thay vào đó là các thuật ngữ: tiểu hành

tinh (các hành tinh nhỏ nằm chủ yếu giữa quỹ đạo Hỏa tinh và Mộc tinh) và các thiên thể ngoài Hải Vương Tinh (vành đai Kuiper, các hành tinh nhỏ nằm từ quỹ đạo Hải Vương tinh

trở ra)

- Sao Chổi: tiếng Anh gọi là “comet”, xuất phát từ chữ kometes trong tiếng Hi Lạp có

nghĩa là "lông lá", được miêu tả bởi một số chuyên gia bằng cụm từ "quả bóng tuyết bẩn"

vì nó chứa CO2, NH4 và nước đóng băng lẫn với bụi và các khoáng chất Đa phần các sao chổi có quỹ đạo elíp rất dẹt Nhiều sao chổi có viễn điểm nằm ở vùng gọi là Đám Oort, xa hơn nhiều so với Pluto Đây là nơi xuất phát của các sao chổi, một vùng hình vỏ cầu, gồm các vật chất để lại từ thủơ Hệ Mặt Trời mới bắt đầu hình thành Vật chất ở đây nằm quá xa nên chịu rất ít lực hấp dẫn từ trung tâm, đã không rơi vào đĩa tiền Mặt Trời, để trở thành Mặt Trời và các hành tinh Tại đây nhiệt độ cũng rất thấp khiến các chất như CO2, NH4 và nước đều bị đóng băng

Khi lại gần Mặt Trời, nhiệt độ tăng làm vật chất của sao chổi bốc hơi và dưới áp suất của gió Mặt Trời, tạo nên các đuôi giống như hình cái chổi Bụi và khí tạo hai đuôi riêng

rẽ, chĩa về hai phương hơi lệch nhau; các hạt bụi có khối lượng lớn không dễ bị gió Mặt Trời tác động, chỉ bị tách rời khỏi phần đầu của sao chổi và bay chậm lại trên quỹ đạo ngay sau phần đầu (do đó đuôi bụi cong theo đường cong của quỹ đạo) còn đuôi khí (đúng hơn

là khí đã bị ion hóa) chứa các hạt ion nhẹ, dễ dàng bị gió Mặt Trời thổi theo phương nối thẳng đến Mặt Trời, và sau đó chúng đi theo đường sức từ trong không gian thay cho đường quỹ đạo Hạt nhân sao chổi nằm lại bên trong là những khoáng chất nặng, hay chất hữu cơ cao phân tử, chỉ có đường kính khoảng 50km Trong khi đó đuôi sao chổi có thể kéo dài đến cỡ một đơn vị thiên văn hoặc hơn

Theo quỹ đạo, sao chổi được phân chia thành các loại: sao chổi ngắn hạn có chu kỳ quỹ đạo ít hơn 200 năm, sao chổi dài hạn có chu kỳ quỹ đạo lớn hơn, nhưng vẫn quay trở lại, và sao chổi thoáng qua có quỹ đạo parabol hay hyperbol chỉ bay ngang qua Mặt Trời một lần và sẽ ra đi mãi mãi sau đó

- Thiên thạch là các thực thể có đường kính nhỏ hơn 500m, chuyển động xung quanh

Mặt Trời Vành đai thiên thạch nằm giữa Hỏa tinh và Mộc tinh, là khu vực bao gồm hàng triệu thiên thạch lớn nhỏ khác nhau

- Bụi vũ trụ là các hạt vật chất cỡ nhỏ phân tán trong khoảng không giữa các thiên thể

Theo quan niệm hiện nay, bụi vũ trụ cấu thành từ các hạt có kích thước khoảng 1μm với lõi (nhân) là graphit và silicat Các thiên thạch và bụi có thể va quệt vào khí quyển Trái Đất và tạo ra các "cơn mưa" sao băng

1.2.2 Nguồn gốc hình thành Trái Đất

Ngay từ khi có mặt trên Trái Đất, con người đã bỏ nhiều công sức để tìm hiểu về nguồn gốc, mối quan hệ giữa Trái Đất với Mặt Trời và các thiên thể trên bầu trời Tuy nhiên, đến hiện nay, mọi cố gắng mới chỉ dừng lại ở các giả thiết khoa học:

1.2.2.1 Giả thuyết Buffon

Trái Đất và các hành tinh trong Hệ Mặt Trời tạo ra do quá trình va chạm giữa Mặt Trời và một sao chổi lớn Sự va chạm này đã làm Mặt Trời vỡ ra nhiều mảnh Qua thời gian, các mảnh vỡ này nguội lạnh dần thành các hành tinh trong đó có Trái Đất Quan niệm này từng được coi là có giá trị vào thế kỷ XVIII Tuy nhiên, hiện nay các thành tựu về khoa học vũ trụ đều khẳng đinh rằng: sự va chạm không thể tạo ra những mảnh vỡ đó vì lõi vật chất của sao chổi rất nhỏ trong khi hình dáng to lớn của nó chỉ là một túi khí

1.2.2.2 Giả thuyết Kant - Laplace

Năm 1755, nhà triết học Đức Kant đã giải thích sự hình thành các thiên thể và chuyển động ban đầu của chúng: Mặt Trời và các hành tinh được hình thành từ một đám mây bụi (khối khí) vũ trụ dày đặc Năm 1824, nhà toán học - thiên văn Pháp Laplace kế thừa Kant

để xây dựng giả thuyết Kant – Laplace: các hành tinh hình thành từ một khối khí loãng nóng xung quanh Mặt Trời

Dưới tác động của lực hấp dẫn, các hạt vụn chuyển động, đám mây vũ trụ bị xé thành nhiều mảng Hệ Mặt Trời là một trong số những mảng đó Trong mỗi mảng, các hạt ở trung tâm hút nhau và lớn dần lên tạo thành Mặt Trời Vật chất gần Mặt Trời do sức hút, va chạm nhau (theo Kant) hoặc do nguồn lạnh đông đặc lại (theo Laplace) mà sinh ra vận động xoáy

ốc và hình thành các vành đai vật chất đặc quay quanh Mặt Trời Sau đó, phần lớn khối lượng mỗi vành đai kết tụ thành khối cầu (hành tinh), còn lại thành vệ tinh

Tuy nhiên, giả thuyết này không giải thích được nguyên nhân của chiều quay của vệ tinh Mộc tinh và Thổ tinh ngược với chiều quay của đa số thiên thể trong hệ Mặt Trời; mặt phẳng xích đạo và mặt phẳng quỹ đạo của cả 5 vệ tinh của Thiên Vương tinh đều vuông góc với mặt phẳng hoàng đạo; sự tự quay ngược kim đồng hồ của các vành đai vật chất; sự ngưng tụ của không khí lại thành hành tinh ở vành vật chất, trong khi kết quả nghiên cứu lẽ

ra nó phải phân tán vào vũ trụ; Mặt Trời tự quay một vòng quanh trục mất từ 25 - 27 ngày, tốc độ này không đủ sức tách một phần vật chất ra thành các hành tinh

1.2.2.3 Giả thuyết Jeans

Theo Jeans, việc tách một phần vật chất vũ trụ từ Mặt Trời để hình thành hành tinh là

do tác động của một ngôi sao lạ nào đó, lớn tương tự Mặt Trời đã đi vào phạm vi hệ Mặt Trời một cách ngẫu nhiên và khoảng cách chúng chỉ còn bằng bán kính Mặt Trời Ở điều kiện đó, hiện tượng triều lực sẽ làm cho vật chất ở Mặt Trời sẽ lồi ra ở hai phía đối diện thành bướu vật chất nóng đỏ Bướu hướng về phía thiên thể lạ dày hơn nhiều so với bướu đối diện Nó tách ra khỏi Mặt Trời, đứt ra từng đoạn sinh ra hành tinh

Giả thuyết giải quyết được vấn đề momen quay của hành tinh không phụ thuộc vào động lượng Mặt Trời Nhưng giả thuyết này mắc một số sai lầm khác: các nhà thiên văn đã

tính được rằng khoảng cách giữa các thiên thể là rất lớn, nếu giả sử đường kính Mặt Trời bằng 1mm thì khoảng cách từ nó đến ngôi sao gần nhất phải bằng 20 - 25km, vậy trong sự chuyển động hỗn độn đó làm sao một ngôi sao lạ lại có thể may mắn đi đến gần Mặt Trời với khoảng cách 1mm

1.2.2.4 Giả thuyết Otto Smith

Theo giả thuyết này thì thiên thể trong vũ trụ được hình thành từ một đám mây bụi và khí Đám mây bụi và khí này ban đầu quay tương đối chậm, sự vận động lộn xộn ban đầu của các hạt bụi đã dẫn đến sự va chạm làm cho động năng chuyển thành nhiệt năng làm hạt bụi nóng lên, dính với nhau Khi đó, khối lượng đám bụi giảm đi, tốc độ quay nhanh hơn

Sự chuyển động đi vào trật tự Đám mây bụi có dạng dẹt hình đĩa với các vành xoắn ốc Khối lượng lớn nhất ở trung tâm, nơi nhiệt độ tăng lên rất cao và các phản ứng hạt nhân bắt đầu xảy ra Mặt Trời được hình thành

Những vành xoắn ốc ở phía ngoài cùng cũng dần kết tụ lại dưới tác dụng của trọng lực trở thành hành tinh Sự kiện này được xảy ra cách đây 10 tỷ năm Trong quá trình hình thành các hành tinh, do tác dụng của bức xạ nhiệt và ánh sáng Mặt Trời, những vành vật chất ở gần trung tâm bị hun nóng nhiều nhất Thành phần khí và một số chất rắn vành này

bị bốc hơi và bị áp lực ánh sáng đẩy ra phía ngoài Vì vậy, ở những vành này chỉ còn khối lượng nhỏ vật chất nhưng nặng và bốc hơi kém là Fe và Ni Điều này giải thích tại sao hành tinh nhóm Trái Đất có kích thước nhỏ nhưng tỷ trọng lớn Các vành đai vật chất ở xa Mặt Trời, ít chịu tác dụng bức xạ của Mặt Trời, các hành tinh được hình thành từ vật chất nguyên thuỷ và vật chất bốc hơi từ vành bên trong ra, gồm chủ yếu là chất khí nhẹ như H2

nên có khối lượng lớn, tỷ trọng nhỏ

Hình dạng đĩa của đám mây bụi ban đầu cũng giải thích tại sao quỹ đạo các hành tinh lại sắp xếp trên cùng một mặt phẳng Các quỹ đạo đó ít nhiều đều có hình elip do tác động phức tạp của các thiên thể

Vào cuối thời kì ngưng tụ, Trái Đất đã có khối lượng lớn gần như hiện nay thì nội bộ diễn ra quá trình tăng nhiệt Lúc đầu là nhiệt của quá trình di chuyển vật chất do P sau đó là quá trình phóng xạ của vật chất Sự tăng nhiệt dẫn đến sự nóng chảy của vật chất bên trong sắp xếp thành lớp nhân, lớp Manti và lớp vỏ như hiện nay Trái Đất lúc đầu nguội lạnh sau

đó nóng dần lên Trái Đất hình thành cách đây 4,5 - 4,6 tỷ năm, còn lớp vỏ thì cách nay 3

tỷ năm

1.2.2 Hình thái bề mặt và cấu tạo Trái Đất

Trái Đất là một hành tinh có dạng gần cầu Lực hấp dẫn giữa Trái Đất và Mặt Trời

và các lực hấp dẫn vũ trụ quyết định tới hình dạng, cấu trúc và sự phân bố các đặc tính hoá lý bên trong và bên ngoài Trái Đất

1.2.2.1 Hình dạng Trái Đất

Hình dạng Trái Đất rất phức tạp, có dạng geoid, được xách định theo độ cao trung bình của nước đại dương Quá trình tự quay làm phình ra ở xích đạo nên độ dài đường kính tại đường xích đạo dài hơn 43 km so với độ dài đường kính tính từ cực tới cực Những quan sát chính xác bằng vệ tinh nhân tạo cho thấy Trái Đất có cực Bắc nhô cao hơn 10m và cực Nam lõm vào 30m

Tuy nhiên, bề mặt địa hình gồ ghề hơn bề mặt geoid vì trên bề mặt địa hình có sự tương phản rất lớn giữa núi cao và biển sâu Nơi có độ lệch lớn nhất so với bề mặt geoid

là đỉnh Everest (8.848m trên mực nước biển) và rãnh Mariana (-11.033m dưới mực nước biển) Do sự phồng lên ở xích đạo, nơi xa tâm Trái Đất nhất là đỉnh Chimborazo (Ecuador)

1.2.2.2 Hình thái bề mặt Trái Đất

70,8% diện tích bề mặt Trái Đất được bao phủ bởi một khối lượng nước khổng lồ, tạo thành các biển và đại dương 29,2% diện tích bề mặt Trái Đất còn lại là các vùng nhô cao, được gọi là các lục địa và đảo

Các lục địa phân bố chủ yếu ở bán cầu Bắc Kích thước các lục địa cũng thay đổi khác nhau, trong đó các lục địa ở phía Bắc gắn kết với nhau tạo thành các vùng đất rộng lớn còn ở phía Nam thường là các lục địa riêng rẽ nổi trên mặt đại dương Đường bờ biển phân cách các lục địa và đại dương thường là các đường uốn lượn phức tạp

Địa hình bề mặt Trái Đất rất gồ ghề và có độ chênh lệch độ cao rất lớn Độ chênh cao giữa nơi cao nhất trên lục địa và nơi sâu nhất dưới đáy đại dương gần 20.000m Địa hình lục địa gồm các đồng bằng, đồi núi thấp, cao nguyên và núi cao hiểm trở Độ cao trung bình của địa hình lục địa so với mực nước biển trung bình: 875m Đỉnh núi cao nhất (Everest) có độ cao 8.848m

Tương tự như lục địa, dù chìm sâu dưới nước biển nhưng địa hình đáy đại dương cũng phân dị hết sức phức tạp Độ sâu trung bình của bề mặt đại dương khoảng -3.794m Nơi sâu nhất của đáy đại dương sâu tới -11.034m (vực thẳm Mariana) Địa hình đáy biển

và đại dương được chia thành một số phần chính như sau:

- Thềm lục địa: từ bờ biển trung bình đến -200m, tương đối nông và có độ dốc thoải

(khoảng 3o

);

- Sườn lục địa (continental slope): phần nằm cạnh thềm lục địa, có độ dốc lớn và có

độ sâu từ -200 đến -2.000m Kết thúc sườn lục địa là chân lục địa (continental rise): nằm

phía ngoài sườn lục địa và nối với lòng chảo đại dương, thoải, độ sâu 2.000 – 3.000m

- Lòng chảo đại dương: hay bồn đại dương/ đồng bằng biển thẳm (phần đáy của đại

dương bằng phẳng), độ sâu 4.000 – 6.000m; trong bồn đại dương có các vùng nhô cao cục bộ được gọi là các sea mounts hoặc abyssal hills – núi biển thẳm và đồi biển thẳm

- Rãnh sâu đại dương (oceanic trench): các vực thẳm dạng tuyến hẹp và kéo dài, có

độ sâu trên 6.000m, chủ yếu phân bố quanh Thái Bình Dương, thường chạy song song với đường bờ của một số lục địa hoặc dãy các cung đảo

- Cung đảo đại dương: chuỗi các đảo được hình thành từ sự phun trào của núi lửa

hoặc xâm nhập của magma phân bố trong lòng các đại dương, thường chạy song song với các rãnh sâu đại dương và nằm ở phía tiếp giáp với lục địa, là nơi có hoạt động núi lửa và động đất mạnh mẽ

- Sống núi giữa đại dương: các dãy núi ngầm ở giữa đáy đại dương -chiều dài tổng

cộng tới 65.000km chiều cao trung bình so với đáy đại dương khoảng 3.000 - 4.000m và

có nơi nổi lên trên bề mặt đại dương (Iceland) Dọc theo trung tâm các sống núi thường là các dải sụt tương đối (rift) sâu 1.000 – 2.000m và rộng từ hơn 10km tới 50km) và dọc theo chúng thường xảy ra sự tách giãn và mở rộng đáy đại dương, động đất và núi lửa kèm theo là sự phun trào và xâm nhập magma

1.2.2.3 Cấu tạo của Trái Đất

Khi các hành tinh đất trở nên lớn hơn, nhiệt độ cũng tăng lên theo do tác động của năng lượng động lực (sự di chuyển của hành tinh), do va chạm của các thiên thạch lên hành tinh Ngoài ra, còn có nhiệt do phân rã các nguyên tố phóng xạ tự nhiên có mặt trong thành phần Trái Đất (uranium, thorium, potassium)

Theo thời gian, các nguyên tố này có xu hướng tự phân rã để chuyển thành nguyên

tố mới và khi phân rã thì giải phóng nhiệt Do đó nhiệt độ trong Trái Đất ngày càng tăng

và dẫn tới sự nóng chảy vật chất Các vật chất tỷ trọng nhẹ (giàu silic, nhôm, kiềm,…) dâng lên cao và di chuyển về phía bề mặt Các vật chất tỷ trọng nặng hơn như sắt bị nóng chảy chìm về trung tâm Trái Đất Ngoài ra, khối lượng khổng lồ khí ga thoát ra ngoài vỏ qua các họng núi lửa đã tạo nên khí quyển của Trái Đất Hơi nước ngưng tụ thành nước

và dần tràn nhập đại dương Sự nóng chảy từng phần làm Trái Đất từ một hành tinh đồng nhất thành một Trái Đất bị phân lớp theo thành phần

Trái Đất là một hành tinh đặc biệt trong hệ Mặt Trời, có cấu tạo vòng quyển (lớp bao) gồm 5 lớp bao: lớp khí, lớp nước – sinh vật, lớp vỏ, lớp manti và lớp lõi Trong đó,

lớp khí (atmosphere) cấu tạo bởi O2, H2, CO2 và hơi nước mà không hành tinh nào trong

Hệ Mặt Trời có được Lớp nước (hydrosphere) gồm toàn bộ biển và đại dương, sông, hồ,

nước ngầm và các mũ băng hà núi cao và vùng cực Đây cũng là lớp đặc biệt chỉ Trái Đất

mới có Lớp sinh vật (quyển của sự sống) gồm toàn bộ sự sống trên Trái Đất

Một điểm đặc biệt nữa là sự phong hóa xảy ra ở trên cùng lớp vỏ tạo thành bởi sự biến đổi hoá học và sự phá hủy vật lý của các đá khi chúng xuất lộ ra trên bề mặt trong

các lớp khác, tạo thành một lớp sản phẩm bở rời tàn dư: lớp vỏ phong hóa (regolith) Bên dưới lớp vỏ phong hóa là một lớp đá rắn chắc được gọi là lớp đá

Đối với Địa chất học, đối tượng nghiên cứu chỉ gồm ba lớp: vỏ, manti và lõi Bằng phương pháp gián tiếp đặc biệt là phương pháp địa chấn cho phép các nhà khoa học giả thiết rằng Trái Đất cấu tạo bởi ba lớp khác nhau về thành phần hay trạng thái vật chất

* Lớp vỏ

Lớp vỏ (A) là phần cứng ngoài cùng Trái Đất, ngăn cách với lớp manti bên dưới bằng mặt ranh giới Môkhôrôvich - tên nhà khoa học Nam Tư (cũ), đề xuất vào 1909 (gọi tắt là mặt Môkhô), có bề dày trung bình 5 - 10km ở đại dương và 35 - 40 km ở lục địa Thành phần hoá học lớp vỏ có mặt hầu hết các nguyên tố hoá học trong bảng hệ thống tuần hoàn Mendeleev, trong đó chủ yếu các nguyên tố O2, Si, Al, Na, K, Ca, Fe,

Mg Trong tám nguyên tố này, Si và Al có hàm lượng lớn nhất nên còn gọi là lớp sial

* Lớp manti

Lớp manti ngăn cách với lớp vỏ bằng mặt Moho và ngăn cách với lớp lõi bằng mặt

Gunterberg ở độ sâu 40 – 2.900km, còn có tên là lớp sima Căn cứ vào tốc độ truyền sóng

chấn động chia ra:

- Lớp manti trên bao gồm 2 lớp:

+ Lớp thứ nhất (B): từ khoảng 40 – 400km, vật chất ở trạng thái quánh dẻo (ngưỡng bắt đầu nóng chảy hoặc bắt đầu kết tinh lại), hình thành các dòng chảy vật chất theo chiều thẳng đứng (gây ra động đất, núi lửa, magma xâm nhập) hoặc chiều ngang Thành phần chủ yếu là hợp chất silicat giàu Fe và Mg

+ Lớp thứ hai (C): từ khoảng 400 – 900km, do tốc độ di chuyển của sóng dọc tăng nên trạng thái có thể chặt hơn lớp thứ nhất Thành phần giàu Fe và Mg

- Lớp manti dưới (D): từ khoảng 900 – 2.900km với vật chất ở trạng thái rắn (kết

tinh) Thành phần hóa học chủ yếu là Fe, Mg và các alumin (khoáng vật corindon:

Al2O3…)

* Lớp lõi

Lớp lõi có độ sâu từ 2.900 km – 6.371km, sóng dọc có thể đi qua nhưng tốc độ giảm hẳn (từ 13km/s xuống 7km/s)

Thành phần hóa học: Trước kia người ta cho rằng toàn bộ lõi là sắt và niken nên còn

có tên gọi là lớp nife Ngày nay nhiều nhà khoa học cho rằng, lõi khác các lớp nằm trên

nó không phải do thành phần mà chủ yếu do trạng thái vật chất của nó Với áp suất lớn trong lõi (3,5 triệu atm) vật chất tồn tại ở dạng ion mang điện Lớp lõi được phân thành 3 lớp:

- Lõi ngoài (E): giới hạn từ 2.900 – 5.000km, có tính chất lỏng vì sóng ngang không

đi qua được, cấu tạo chủ yếu từ Si, Mg, Ni, Cr, Fe

- Lớp chuyển tiếp (F): từ 5.000 – 5.100km, có trạng thái chuyển tiếp gần như lỏng

- Lõi trong (G): giới hạn từ 5.100 - 6.371km, giả thuyết là rắn gồm phần lớn Fe, S

Tỷ trọng trung bình của Trái Đất là 5,52g/cm3 Trong khi đó tỷ trọng trung bình các

đá cấu tạo vỏ Trái Đất không quá 3,0 - 3,1g/cm3 Do đó tỷ trọng tăng rất lớn theo độ sâu

Từ bảng ta thấy rõ sự tăng vọt tỷ trọng vật chất ở ranh giới của lõi

* Áp suất

- Áp suất tải trọng sinh ra do trọng lượng các lớp bên trên đè nén các lớp bên dưới,

áp suất thủy tĩnh tăng theo chiều sâu Ứng với sự thay đổi tỷ trọng bên trong Trái Đất người ta đã tính toán được sự thay đổi của áp suất và gia tốc trọng lực

Từ bảng trên ta thấy áp suất ở ranh giới lõi ngoài đạt gần 1,4 triệu atm, còn ở ranh giới lõi trong đạt trên 3 triệu atm

- Áp suất định hướng sinh ra do các chuyển động kiến tạo của vỏ Trái Đất Chúng

phân bố theo phương nằm ngang ở phần trên của vỏ Trái Đất và giảm dần theo chiều sâu

* Trọng lực

Trọng lực là tổng hợp hai lực: lực hút Trái Đất và lực ly tâm sinh ra do sự tự quay của Trái Đất (do lực ly tâm nhỏ chỉ ~ 0,34% nên hướng trọng lực vẫn là hướng tâm) Do bán kính Trái Đất ở cực ngắn hơn ở xích đạo nên trọng lực miền cực lớn hơn xích đạo Theo lý thuyết, trên cùng vĩ độ trọng lực không đổi (gọi là trọng lực bình thường) Nhưng thực tế, trên cùng vĩ độ do độ cao tuyệt đối và khối lượng đất đá phân bố không đều nên trọng lực thay đổi (gọi là trọng lực bất thường)

Cũng theo lý thuyết thì gia tốc của trọng lực giảm đều từ mặt Trái Đất đến trung tâm Nhưng thực tế, gia tốc gần như tăng đều và đạt tối đa ở gần ranh giới lõi, sau đó giảm nhanh, ở trung tâm bằng 0, vì ở đây lực hút tác động ngang nhau mọi phía và trọng lực bằng 0

* Nhiệt của Trái Đất

Nhiệt Trái Đất gồm nhiệt bên ngoài (do Mặt Trời cung cấp) và nhiệt bên trong

- Nhiệt bên ngoài: hàng ngày Mặt Trời bức xạ một lượng nhiệt rất lớn về Trái Đất

nhưng Trái Đất không hấp thụ hết mà chỉ hấp thụ một phần, còn lại đa số bức xạ lên không trung Lượng nhiệt mà mỗi điểm của mặt đất nhận được từ Mặt Trời không những phụ thuộc vào sức nóng của Mặt Trời mà còn phụ thuộc vào vĩ độ địa lý, độ cao địa hình,

bề dày thảm thực vật, sự phân bố lục địa, đại dương

Nhiệt Mặt Trời chỉ làm nóng Trái Đất đến một độ sâu nhất định và xuống tới một độ sâu nào đó, nhiệt độ không còn phụ thuộc vào nhiệt Mặt Trời thì tầng đó gọi là tầng thường ôn Nhiệt độ của tầng thường ôn bằng nhiệt độ trung bình năm trên mặt đất, tầng này nằm ở những độ sâu khác nhau tùy theo miền và tùy theo tính dẫn nhiệt của đất đá nằm trên, trung bình ở độ sâu từ 2 - 40m

- Nhiệt bên trong: là do hoạt động của các phản ứng hóa học tỏa nhiệt, sự phân hủy

các nguyên tố phóng xạ hay nhiệt toả ra từ các lò magma trong vỏ Trái Đất Bên dưới tầng thường ôn, càng xuống sâu nhiệt độ càng tăng dần, song không đều vì còn phụ thuộc vào điều kiện địa chất và môi trường địa lý Ví dụ: mỏ đồng luôn nóng hơn mỏ than, gần núi lửa hoạt động thì nhiệt độ tăng cao

+ Cấp địa nhiệt: Là khoảng độ sâu tính bằng mét để nhiệt độ tăng lên 1o

C, cấp địa nhiệt trung bình của vỏ Trái Đất là 33m

* Từ tính của Trái Đất

Trái Đất là một nam châm khổng lồ, khoảng không gian chịu ảnh hưởng của nam châm đó gọi là từ trường của Trái Đất (địa từ trường), khoảng không gian chịu ảnh hưởng bằng 10 lần bán kính Trái Đất

Nguyên nhân Trái Đất có từ trường: do sự dịch chuyển các dòng vật chất trong nhân,

do đá của vỏ Trái Đất chứa các khoáng vật có từ tính, sự không đồng nhất mật độ vật chất giữa các lớp bên trong Trái Đất

Do vị trí của cực từ trường không trùng với cực địa lý nên trục từ trường và trục địa

lý hợp thành một góc nhất định Mặt khác vị trí của từ cực luôn thay đổi theo thời gian nên góc hợp bởi giữa trục từ trường và trục Trái Đất cũng thay đổi Hiện nay vào khoảng 11.50 Các từ cực không trùng với các địa cực là do sự phân bố đất liền trên bề mặt Trái Đất không đều ở hai bán cầu

- Từ trường của Trái Đất được thể hiện bởi ba đại lượng: độ từ thiên, độ từ khuynh

và cường độ từ trường

+ Độ từ thiên (D): Là góc lệch giữa phương bắc nam theo kim địa bàn chỉ với

phương bắc nam địa lý Ở nước ta góc này không lớn, khoảng 50 phút (ở Groenlan gần

600) Đường nối những điểm có độ từ thiên bằng nhau gọi là đường đẳng thiên, đường có

trị số độ từ thiên bằng 0 được gọi là kinh tuyến từ, (khi kim lệch về phía đông có từ thiên đông (+), về phía tây có từ thiên tây (-)

+ Độ từ khuynh: Là góc lệch giữa kim địa bàn với mặt phẳng nằm ngang.Tại các

điểm xung quanh đường xích đạo độ từ khuynh bằng 0, đi về 2 cực độ từ khuynh tăng dần tới 900 (ở cực bắc kim địa bàn thẳng đứng, đầu kim bắc chỉ xuống dưới) Đường nối những điểm có độ từ khuynh = 0 gọi là đường xích đạo từ Đường nối những điểm có cùng trị số độ từ khuynh gọi là đường đẳng khuynh

+ Cường độ từ trường được biểu thị bằng đơn vị ơxtét hoặc gamma Theo các nhà

nghiên cứu thì trong khoảng 2.000 năm trở lại đây cường độ từ trường giảm 2 lần Trong thực tế, trị số cường độ từ trường tại các điểm trên bề mặt Trái Đất thường lệch với trị số tính toán - gọi là dị thường từ

1.2.3.2 Thành phần hóa học

Hiện nay người ta mới chỉ nghiên cứu trực tiếp được thành phần của vỏ Trái Đất tới

độ sâu khoảng 15 - 20km Muốn nghiên cứu thành phần hóa học của các phần sâu hơn thì phải dựa vào tài liệu gián tiếp của địa chấn học và khẳng định thêm bằng nghiên cứu thành phần vật chất của các thiên thạch

Nhà khoa học Hoa Kỳ Clac (1889) đã công bố kết quả sau nhiều năm phân tích thống kê, tìm ra tỉ lệ % trọng lượng các nguyên tố Số liệu công bố của ông đã gây lên sự chú ý mạnh mẽ trong giới khoa học Để ghi nhớ công lao của của ông người ta gọi các trị

số đó là trị số C.lac

- Các nguyên tố hóa học của vỏ Trái Đất phân bố rất không đều nhau, có những nguyên tố chiếm tỉ lệ lớn song có những nguyên tố chiếm một tỉ lệ rất nhỏ

- Có 8 nguyên tố chính : O, Si, Al, Fe, Ca, Na, K, Mg = 97,24%

- Các nguyên tố khác = 2,76%

Qua bảng trên, chúng ta thấy các số liệu thu được là gần nhau qua các tác giả khác nhau và thời gian khác nhau Như vậy, chúng phản ánh tương đối chính xác thành phần hóa học của vỏ Trái Đất Sự phân bố các nguyên tố hóa học trong vỏ Trái Đất rất không đều; 8 nguyên tố đầu chiếm khoảng 97,24% (theo Ph Clac) của toàn bộ trọng lượng vỏ Trái Đất

Do tỷ trọng của vật chất cấu tạo nên Trái Đất tăng theo độ sâu nên người ta cho rằng càng xuống sâu thì các nguyên tố nặng càng tăng lên

CHƯƠNG 2 CẤU TRÚC VÀ SỰ THÀNH TẠO

VỎ TRÁI ĐẤT

2.1 CẤU TRÚC VỎ TRÁI ĐẤT

Vỏ Trái Đất là thành phần vật chất rắn bao bọc bên ngoài của Trái Đất, là một bộ phận cấu thành thạch quyển nằm trên mặt Moho Vỏ Trái Đất là đối tượng nghiên cứu chính của Địa chất học

Vỏ Trái Đất có bề dày không đồng đều, thể hiện ở địa hình phức tạp từ lục địa đến đại dương Căn cứ vào tài liệu địa – vật lý, chia ra 2 kiểu vỏ: vỏ lục địa và vỏ đại dương

2.1.1 Kiểu vỏ lục địa

Kiểu vỏ lục địa phân bố ở nền lục địa có một phần nằm dưới mực nước biển, có bề dày không đều: vùng nền (vùng ổn định) có bề dày 35 – 40km; vùng kiến tạo núi trẻ có

bề dày 55 – 70km; vùng núi Hymalaya, Alps có bề dày 70 – 75km

2.1.1.1 Cấu tạo vỏ lục địa

Vỏ lục địa được cấu tạo bởi các lớp:

- Lớp trầm tích có bề dày trung bình khoảng 3 - 5km Thành phần chủ yếu gồm các

đá trầm tích có tuổi khác nhau từ cổ nhất đến trẻ nhất Tốc độ truyền sóng địa chấn từ 3,5 đến 5km/s

- Lớp granit (granite-gonai) dày khoảng 20km (20 – 25km ở vùng núi) hình thành do

đá trầm tích bị biến chất trong điều kiện nhiệt độ, áp suất cao và đá magma hình thành từ dung dịch silicat nóng chảy từ các lò magma trong lòng đất thoát ra Lớp granit có tốc độ truyền sóng địa chấn từ 5,5 đến 6,1 km/s Trong lớp này có sự tập trung các nguyên tố kiềm, Al, Si, các nguyên tố hiếm như U, Th

- Lớp bazan có bề dày 15 – 20km (25 – 35km ở vùng núi), được cấu tạo chủ yếu bởi

đá magma bazơ và các đá biến chất tướng granulit, chặt sít giàu Mg và Fe Ranh giới trên tiếp xúc với lớp granit bởi bề mặt Konrad, ranh giới dưới tiếp xúc với lớp Manti bởi bề mặt Moho Lớp bazan tập trung nhiều Ca, Al, Fe, còn lượng Si thì ít hơn, các nguyên tố hiếm chủ yếu là Ti

2.1.1.2 Các phụ kiểu của vỏ lục địa

Vỏ lục địa được phân chia thành 3 phụ kiểu: vỏ lục địa miền nền, vỏ lục địa miền tạo núi đại lục và vỏ lục địa miền tạo núi trẻ và mạnh

- Vỏ lục địa miền nền: đặc điểm của loại này là bề dày lớp granit thay đổi, thường

gặp trên các miền nền đại lục

- Vỏ lục địa miền tạo núi đại lục: khác với loại trên ở chỗ có bề dày lớp granit và

bazan đều lớn hơn Gặp tại các bộ phận cao của lục địa (miền núi với độ cao dưới 3.000 – 4.000m) và trên các đảo (Madagascar, Kalimantan, New Guinea, …)

- Vỏ lục địa miền núi trẻ và mạnh: đặc trưng cho các miền núi cao trên 3.000 –

4.000m, bề dày của vỏ Trái Đất ở đây vượt quá 60km, có thể tới 80km

2.1.2 Kiểu vỏ đại dương

Vỏ đại dương phân bố ở nền đại dương, dưới tầng nước biển và đại dương Lớp vỏ này có độ dày 5 –10 km, nằm ở bên trên lớp vỏ Trái Đất

2.1.2.1 Cấu tạo vỏ đại dương

Về cấu tạo, lớp vỏ đại dương được cấu tạo bởi Si, Fe, Mg Do không có lớp granit nên chỉ gồm 2 lớp:

- Lớp trầm tích có dạng bở rời, tuổi từ trẻ đến già, gồm cát, sét, đá vôi, đôlômit, có

bề dày từ vài trăm m đến 1km, ít khi dày hơn

- Lớp bazan ở dưới, gồm đá magma bazơ và một phần đá biến chất chặt sít giàu Mg

và Fe dày 6 - 7km Ngoài ra, lớp này còn có thể tách ra thêm 1 lớp: gabbro có thành phần gồm đá gabbro (bazo) và pyroxenit (siêu bazo) dày khoảng 5km phân bố không liên tục

2.1.2.2 Các phụ kiểu của vỏ đại dương

Lớp vỏ đại dương có thể được chia thành các phụ kiểu sau đây:

- Vỏ đại dương miền nền: đặc trưng cho phần lớn đáy đại dương và là loại vỏ đại

dương điển hình, dày 3 – 17km

- Vỏ đại dương miền tạo núi phát triển trên các cung đảo và núi dưới đáy đại dương,

phổ biến ở phần ven rìa các bồn đại dương, ở các độ sâu nhỏ hơn 2.500m với bề dày 10 – 25km

- Vỏ đại dương miền biển ven bờ là loại đặc trưng cho các biển ven rìa có cung đảo

chắn Ở đới này, bề dày tầng bazan tăng, đạt tới 5 – 20km, có nơi còn thấy cả di tích của tầng granit (biển Nhật Bản, biển Java, …)

- Vỏ đại dương trong các vực thẳm: nơi bề dày trung bình 8 – 10km

- Vỏ đại dương ở các bồn biển nội địa: kiểu vỏ này có đặc điểm là có tầng đá trầm

tích rất dày, đạt tới 10 – 12km ở biển Đen, 20 – 40km tại hồ Caspian

2.2 CÁC THUYẾT ĐỊA KIẾN TẠO

2.2.1 Các thuyết tĩnh

2.2.1.1 Thuyết co rút

Thuyết co rút được D Pomong (Pháp) đề xuất, bổ sung bởi N Khobo (Áo) Theo

đó, Trái Đất khi mới hình thành ở thể nóng chảy Theo thời gian, vật chất bên ngoài nguội lạnh dẫn đến co thể tích Sự co rút nhờ vào quá trình phân hủy phóng xạ ở từng khu vực làm tăng nhiệt độ, dẫn tới tăng thể tích vật chất gây ra nứt võ (đứt gãy) và uốn nếp vỏ Sự nứt vỡ làm vật chất lỏng bên trong trào ra – núi lửa Qua quá trình phá hủy, xâm thực, các vùng nổi cao do uốn nếp bị bào mòn thành núi

Sau thời gian, thể tích giảm làm Trái Đất co lại dẫn tới sụt lún vỏ và diễn ra trầm tích Vật chất bị bào mòn tích tụ ở vùng trũng tạo ra đá trầm tích Do sự phân hủy phóng

xạ có tính chu kỳ, diễn ra trong thời gian, không gian khác nhau nên các đới uốn nế không cùng thời gian thành tạo

2.2.1.2 Thuyết đứt gãy sâu

Thuyết này được W Hobbs (Hoa Kỳ) đề xuất, bổ sung bởi nhiều nhà nghiên cứu kế tiếp Các đặc trưng về hình thái bề mặt (hình dáng lục địa, các dãy núi lớn, …), cấu trúc

vỏ Trái Đất liên quan đến hệ thống đứt gãy sâu nguyên thủy, phân bố có quy luật, chia vỏ Trái Đất thành những đới có cấu trúc, lịch sử phát triển khác nhau

2.2.1.3 Thuyết kiến tạo máng

Thuyết “Kiến tạo máng” còn gọi là thuyết “Địa máng” ra đời từ thế kỉ XI với khái niệm đầu tiên của các nhà địa chất J Hall (1849) và T Dana (1873) Sau đó, được nhiều nhà địa chất bổ sung hoàn thiện, định nghĩa, xác định tính chất và phân chia nhiều loại hình khác nhau: E Haug (1909), A Arkhangelski (1927 - 1932), H Still (1940), M Key (1944), V Belousov (1948 - 1974), J Aubovin (1949 - 1964),

Thuyết kiến tạo máng cho rằng các lục địa luôn cố định, các vận động kiến tạo nên

bề mặt Trái Đất là những chuyển động thẳng đứng, chia kiến trúc vỏ Trái Đất thành địa

máng và nền bằng Các lực nằm ngang chỉ giữ vai trò phụ và tạo ra các uốn nếp

* Địa máng phân bố dọc rìa giữa lục địa và đại dương, là khu vực hoạt động mạnh

của vỏ Trái Đất, có tốc độ và biên độ dao động lớn Vỏ Trái Đất ở đây dày, đá trầm tích dày với thành phần và tướng đá phức tạp, tích lũy quặng dày, địa nhiệt cao

Các chuyển động kiến tạo hết sức đa dạng Sụt lún mạnh hình thành các khu biển sâu dài hàng trăm, hàng nghìn km, rộng chỉ hàng chục hoặc vài trăm km Hoạt động uốn nếp động đất, đứt gãy phát triển mạnh, các đứt gãy sâu làm tăng sụt lún, đảo lộn thế nằm

của đá Hoạt động magma phát triển, sản phẩm phun trào xen kẽ với trầm tích biển (giai đoạn đầu), magma xâm nhập hình thành thể nền (giai đoạn sau) Hoạt động biến chất mạnh gồm biến chất tiếp xúc, động lực và biến chất khu vực do nhiều đứt gãy, sụt võng sâu tạo nên áp suất, nhiệt độ cao)

Địa máng phát triển qua 2 giai đoạn chính:

- Giai đoạn sụt võng: địa máng bắt đầu sụt võng nhanh và mở rộng phạm vi, tạo

thành biển sâu và hình thành lớp trầm tích dày Magma xuyên lên theo đứt gãy sâu, hoạt động dưới dạng phun trào ngầm, đông lạnh nhanh, thành phần chủ yếu là bazơ Cuối giai đoạn này, có những vùng được nâng lên, đá bị uốn nếp, vò nhàu Dọc các đứt gãy có magma phun trào bazơ và trung tính

- Giai đoạn tạo núi: đặc trưng bởi chuyển động nâng lên (gọi là nghịch đảo kiến

tạo) Hoạt động magma giai đoạn này yếu hơn giai đoạn trước và phun trào lục địa thay thế phun trào ngầm dưới nước và thành phần là acid Giai đoạn này đất đá bị uốn nếp và biến chất khu vực Cuối giai đoạn, toàn vùng địa máng được nâng lên, hình thành các thể núi uốn nếp gọi là địa máng đã được đông kết (địa máng đã kết thúc sự phát triển)

* Nền: khu vực rộng lớn, khá bằng phẳng, tương đối ổn định của vỏ Trái Đất, phát

sinh khi địa máng đóng kín Nền ít dao động, biên độ dao động nhỏ, hoạt động magma

chỉ xảy ra dọc các đứt gãy sâu, các lớp trầm tích nằm ngang hoặc gần ngang, đá chỉ bị

biến chất tiếp xúc Vỏ Trái Đất trong miền nền mỏng, đá trầm tích mỏng

Về cấu trúc, nền có hai tầng: móng nền và áo nền Móng nền (địa đài) là phần cơ sở bên dưới gồm đá uốn nếp, biến chất cao và nhiều magma, hình thành trong giai đoạn địa máng Áo nền là tầng cấu trúc bên trên của nền, gồm những đá được thành tạo sau khi miền uốn nếp của móng đã được hình thành Tuy nhiên, cấu trúc bề mặt nền không phải mọi chỗ nền đều đủ cả hai tầng, có nơi tầng móng lộ hẳn trên mặt mà không có lớp phủ - gọi là khiên (khiên Baltica, khiên Laurentia, …)

Nền phát triển qua hai giai đoạn chính Giai đoạn đầu sụt lún, xuất hiện biển tiến, hình thành nên các lớp trầm tích dày Giai đoạn sau, nền bằng được nâng lên làm cho biển thoái, hình thành nên các vũng vịnh Cuối giai đoạn này tất cả miền nền được nâng lên hình thành lục địa

Theo thời gian hình thành, nền chia thành nền cổ và nền mới Nền cổ hình thành từ các địa máng tuổi Tiền Cambri (các nền cấu thành nên 2 lục địa Laurasia và Gondwana) Nền mới hình thành từ Cambri về sau

2.2.2 Các thuyết động

2.2.2.1 Thuyết trôi dạt lục địa

Trước khi thuyết trôi dạt lục địa ra đời đã có nhiều nhà khoa học đề cập tới sự thống nhất các lục địa và sự phá vỡ chúng: E.Becon (1620), Place (1658), Antoni Snider (1858), E.Suess (1827), Fran B.Taylor (1908), Nhưng đến 1915, với nghiên cứu của A.Wegener, mới thành học thuyết

Dựa vào sự giống nhau hình thái đường bờ biển (đông Nam Mỹ - tây Phi, Bắc Mỹ - tây Âu, ), thế giới thực vật cổ (Nam Mỹ - Bắc Mỹ - Âu, Nam Mỹ - Nam Phi - Ấn Độ -

Úc vào Cacbon - Pecmi), cấu trúc địa chất (Bắc Mỹ và Anh, Brazin - Guinea, Nam Mỹ - Nam Phi), Wegener cho rằng trong suốt đại Paleozoi, có một khối lục địa thống nhất (Pangea) và một đại dương lớn bao quanh Sau đó, khối lục địa Pangea vỡ ra rồi di chuyển trên lớp Sima mềm dẻo Quá trình di chuyển do sự chuyển dời về phía tây của lớp Sima, tác động của Mặt Trăng, do sự tự quay của Trái Đất, tác động của khối lượng nên bản thân các lục địa có xu hướng sụt xuống và di chuyển về phía các thung lũng đại dương, lực đẩy các khối lục địa về xích đạo… Sự xô húc của các khối lục địa làm trầm tích uốn nếp rồi nâng cao thành núi

Theo các nhà khoa học thì thiếu sót chủ yếu của Wegener ở chỗ: sự trôi dạt các khối lục địa chỉ diễn ra ở vỏ Trái Đất mà không có sự liên hệ tới các quá trình lý - hóa xảy ra dưới sâu trong lòng Trái Đất

2.2.2.2 Thuyết tách dãn đại dương

Từ năm 1950, các nhà nghiên cứu địa chất – địa vật lý nhận thấy: đáy đại dương có biểu hiện dị thường, chúng phân bố gần như đối xứng hai bên sống núi giữa đại dương hai dải song song xen kẽ dị thường âm – dương Các dải càng cách xa sống núi đại dương thì tuổi càng già hơn so với dải ngay sống núi Sự phân bố các dải dị thường này được giải thích là do hiện tượng tách dãn đáy đại dương

Vật chất của lớp manti mà chủ yếu là bazan theo đới tách dãn thường xuyên lên và trào ra hai bên Chúng chịu ảnh hưởng của địa từ nên bị từ hóa theo một hướng nhất định Các vật chất tràn lên sau sẽ đẩy hai dải hình thành trước ra xa trục tách dãn thì càng có tuổi già hơn Do Trái Đất đã có nhiều lần đổi dấu từ trường nên các dải xen kẽ bị thay đôi dấu khác nhau

Iceland là vết lộ lớn của sống núi giữa đại dương Khu vực đông bắc đảo đá có tuổi già hơn so với khu vực giữa đảo Các núi lửa hiện đại đều phân bố ở trung tâm đảo dọc theo đới tách dãn

2.2.2.3 Thuyết kiến tạo mảng

Thuyết “Kiến tạo mảng” hay còn gọi thuyết “Địa mảng”, được bắt đầu từ thuyết

“Trôi dạt lục địa” của Wegener

Từ những năm 1960, sự tiến bộ của nhiều ngành khoa học đã giúp các nhà địa chất nghiên cứu vỏ Trái Đất sâu sắc hơn - chủ yếu vùng đáy đại dương, đã thu thập nhiều tài liệu mới quan trọng:

- Xác định sự khác biệt cơ bản về thành phần, cấu tạo giữa lục địa và đại dương và phần trên của manti

- Phát hiện hệ thống các dãy núi giữa đại dương và hệ thống cấu tạo rift

- Chứng minh sự tồn tại lớp quyển mềm và xác định được thành phần của nó Phát hiện những liên quan có tính quy luật sự tăng nhiệt độ và giảm mật độ vật chất ở phần trên của lớp trong các đới kiến tạo mạnh

- Xác lập lịch sử phát triển vỏ Trái Đất trước kỷ Cambri bằng các phương pháp xác định tuổi tuyệt đối, để từ đó liên kết các đá Tiền Cambri giữa các lục địa

- Phát hiện sự dịch chuyển tương đối giữa các lục địa dựa trên nghiên cứu cổ từ trường qua các thời kì địa chất

- Những trầm tích cổ nhất ở đáy đại dương có thời gian hình thành không vượt quá thời gian Mezozoi Không có các lớp phủ trầm tích ở sống núi đại dương chỉ có các sản phẩm phun trào (bazan) được liên tục đưa ra qua hệ thống rift Càng xa sống núi đại dương, chiều dày lớp phủ bazan càng tăng và tuổi càng cổ

- Dị thường từ trường hai bên sống núi đại dương có dạng vân thẳng, dị thường âm

và dương xen kẽ nhau đối xứng nhau qua sống núi đại dương

Trên cơ sở những thuyêt có trước và những tài liệu mới, các nhà nghiên cứu phát triển thuyết “Trôi dạt lục địa” thành thuyết “Kiến tạo toàn cầu mới” theo cách gọi của B.Ixac, J.Olivơ, L.Xake (B.Iacks, J.Oliver, L.Syks) hay “Kiến tạo mảng” theo cách gọi của Lơ Pisoong (Le Pichon) Theo Lơ Pisoong, toàn bộ Trái Đất gồm một số ít các đơn vị kiến tạo Mỗi đơn vị chỉ gồm một mảng cứng

Sự tách giãn các mảng bắt đầu từ sống núi giữa đại dương theo hướng vuông góc với trục sống núi đại dương Tốc độ tách giãn tùy thuộc vào từng mảng từ 1 đến 6mm/năm, có nơi đạt 12mm/năm Phần bao ngoài luôn có xu hướng biến dạng lớn ở dọc theo các vành đai Benniof (chấn tâm động đất sâu tới 150km, các chấn tâm tạo thành

nhóm theo mặt phẳng nghiêng khoảng 450

cắm sâu vào lục địa) Các đới này cùng với đứt gãy biến dạng chia vỏ Trái Đất thành các mảng

Có ba loại ranh giới:

- Ranh giới phân kỳ: phân bố dọc sống núi giữa đại dương, đôi khi còn gặp cả trên

lục địa khi magma mới đi lên, vỏ Trái Đất bị phồng lên, dãn ra và mỏng đi Thung lũng rift được hình thành từ hệ thống đứt gãy thuận (rift Đông Phi kéo dài từ Ethiôpia - Kenia - Môzămbic)

Mảng chính Mảng phụ 15 Iran 30 Rivera

1 Thái Bình Dương 1 Aegea (biển) 16 Jan Mayen 31 Sandwich

2 Ấn Độ - Úc 2 Altiplano 17 Juan Fernandez 32 Shetland

3 Á - Âu 3 Amur (Hoa Bắc) 18 Kermadec 33 Solomon (biển)

5 Bắc Mỹ 5 Balmoral (đá

7 Nam Cực 7 Bird's Head 22 Molucca (biển) 37 Timor

10 Juan de Fuca 10 Conway (đá

40 Dương Tử (Hoa Nam)

11 Scotia 11 Phục Sinh 26 Bắc Bismarck Mảng kiến tạo núi

- Ranh giới hội tụ (co, nén ép) nơi hai mảng va chạm nhau với 3 kiểu: hút chìm,

chờm trượt và xô húc Tại đây xảy ra các hoạt động: động đất, núi lửa, mặt đất bị phá hủy

và biến đổi

- Ranh giới chuyển dạng (biến dạng): nơi đây hai mảng dịch chuyển ngang Dọc

theo đứt gãy bị phá hủy mạnh có nhiều tâm động đất Nổi tiếng là đứt gãy Andreis ở California phân tách mảng Thái Bình Dương với mảng Bắc Mỹ

CHƯƠNG 3 KHOÁNG VẬT - ĐÁ

3.1 KHOÁNG VẬT

3.1.1 Khái niệm và phân loại khoáng vật

3.1.1.1 Khái niệm khoáng vật

Khoáng vật là những nguyên tố hóa học tự nhiên hoặc hợp chất hóa học trong thiên nhiên, hình thành do các quá trình lý hóa học hoặc sinh hóa học khác nhau trong vỏ Trái Đất hoặc trên bề mặt Trái Đất Kích thước khoáng vật có thể lớn bé rất khác nhau, rất đa dạng, chúng dao động từ vài mm đến vài m

3.1.1.2 Phân loại khoáng vật

Trong thiên nhiên, đa số khoáng vật ở trạng thái rắn (thạch anh, cancid), một số ở trạng thái lỏng (thủy ngân, dầu lửa, nước) hoặc khí (cacbonic, các loại hidrocacbua, …) Khoáng vật ở trạng thái rắn có 3 dạng tồn tại: vô định hình, dạng keo và dạng kết tinh

Sự hình thành khoáng vật dạng keo có thể do sự trung hòa điện tích các hạt keo làm chúng liên kết lại rồi lắng xuống đáy (hiện tượng lắng đọng phù sa ở cửa sông), hoặc sự thay đổi nhiệt độ, áp suất, hoạt động của sinh vật, quá trình phân hủy nguyên tố phóng xạ Các tích tụ silic ở cửa các nguồn nước nóng, canci cacbonat trong hang động, có nguồn gốc do sự thay đổi nhiệt độ, áp suất

- Hiện tượng đa hình: hiện tượng khi một nguyên tố hay hợp chất hóa học do điều

kiện khác nhau kết tinh ở dạng tinh thể khác nhau, kèm theo sự thay đổi các tính chất vật

lý (ví dụ như than chì và kim cương)

- Hiện tượng đồng hình: hiện tượng khi 2 khoáng vật thành phần khác nhau cùng kết

tinh ở một dạng tinh thể như nhau, ví dụ như manhêzit (MgCO3) và sidêrit (FeCO3)

- Hiện tượng giả hình: hiện tượng những khoáng vật có dạng tinh thể của khoáng vật

khác mà chúng là sản phẩm phong hóa

3.1.2 Hình thái tinh thể khoáng vật

3.1.2.1 Một số khái niệm liên quan

- Tinh thể: được cấu tạo từ các hạt vật chất cơ bản: nguyên tử, ion, phân tử Vị trí

phân bố của các hạt vật chất này tạo nên những nút mạng Những nút mạng liên kết với nhau thành một đường thẳng tạo nên hàng mạng Ba nút mạng không cùng trên một đường thẳng tạo thành một mặt mạng

- Ô cơ sở: Các cặp mặt mạng liên kết với nhau thành một hình hộp nhỏ, gọi là ô cơ

sở của tinh thể Ô cơ sở thể hiện đầy đủ nhất tính đối xứng của tinh thể, đồng thời là đơn

vị tuần hoàn nhỏ bé nhất của tinh thể Các tinh thể khoáng vật đa số phát sinh từ các dung

dịch quá bão hòa Ban đầu tinh thể là những ô cơ sở, sau đó điều kiện nhiệt độ, áp suất, thuận lợi nên lớn dần lên do kết hợp các ô cơ sở với nhau

- Ô đơn vị: Đối với mỗi cấu trúc tinh thể, tồn tại một ô đơn vị quy ước, thường được

chọn để mạng tinh thể có tính đối xứng cao nhất Tuy vậy, ô đơn vị quy ước không phải luôn luôn là lựa chọn nhỏ nhất Ô cơ sở là ô đơn vị có kích thước nhỏ nhất

- Cấu trúc tinh thể: gồm một ô đơn vị và các hạt vật chất được sắp xếp vào các nút

mạng của ô đơn vị nói trên

- Mạng tinh thể: là tập hợp các phép đối xứng giữa các nút mạng phân bố ở các đỉnh,

tâm khối, tâm mặt của tinh thể xếp khít nhau và kéo dài vô tận trong không gian

- Hệ tinh thể là tập hợp các phép đối xứng mà một điểm của mạng tinh thể không

biến đối, gồm các nút mạng phân bố ở đỉnh các ô cơ sở

Mạng tinh thể, hệ tinh thể chỉ là biểu diễn hình học, không có các hạt vật chất trong các ô cơ sở

3.1.2.2 Sự đối xứng của tinh thể

Tính đối xứng của tinh thể thể hiện bằng sự lặp lại đều đặn các yếu tố giới hạn của chúng Các yếu tố giới hạn đó là mặt, cạnh, đỉnh và các yếu tố đối xứng gồm: tâm đối xứng, trục đối xứng và mặt phẳng đối xứng

- Tâm đối xứng (C): một điểm trong hình mà bất kỳ đường thẳng nào đi qua nó cũng

cắt hình tại hai điểm cách đều về hai bên so với điểm đó

- Mặt phẳng đối xứng (P): một mặt phẳng chia hình ra 2 phần bằng nhau, phần này

đối với phần kia là ảnh của nhau qua gương

- Trục đối xứng (Ln): những đường thẳng qua tâm điểm của hình mà khi xoay hình

quanh nó đủ 1 góc 360o

bao giờ cũng chiếm những vị trí tương tự vị trí đầu tiên 1 số nguyên n lần (n được gọi là bậc trục) Góc xoay bé nhất để hình trở về vị trí tương tự vị trí đầu tiên gọi là góc xoay cơ sở (α) Như vậy, n = 360o

là hình mặt thoi), hệ trực thoi, hệ một nghiêng, hệ ba nghiêng Một số nhà tinh thể học coi

hệ tinh thể ba phương là một phần của hệ tinh thể sáu phương

Tuy nhiên, ngoài vị trí đỉnh, các nút mạng còn:

- Phân bố ở tâm của 2 đáy nào đó của ô mạng ta được ô cơ sở tâm đáy;

- Phân bố ở tâm của ô mạng ta được ô cơ sở tâm khối;

- Phân bố ở tâm của các mặt ta được ô cơ sở tâm diện

Có 7 hệ và 4 loại ô cơ sở khác nhau, như vậy theo tính toán đơn giản sẽ có tất cả 7x4=28 mạng Bravais khác nhau Nhưng Bravais đã chứng minh chỉ có 14

3.1.3 Tính chất vật lý của khoáng vật

3.1.3.1 Tỷ trọng

Tỷ trọng là tỷ số giữa khối lượng và thể tích, phụ thuộc vào thành phần hóa học và cấu trúc khoáng vật Khoáng vật trong thiên nhiên tỷ trọng từ 1 - 23: khí bitium khô (1.0 - 1.1), muối mỏ (2.1 - 2.5), bạch kim (14 - 20), nhóm silicat (2.6), nhóm ánh kim (4.5 -

6.0) Thông thường, tỷ trọng của khoáng vật được xác định ở thực địa là tỷ trọng tương

đối - nghĩa là tỷ trọng so sánh giữa hai hoặc nhiều khoáng vật với nhau Tỷ trọng tương

đối được chia thành 3 nhóm:

- Tỷ trọng nhẹ: có chỉ số từ 1 đến 2

- Tỷ trọng trung bình: có chỉ số từ 3 đến 4

Trong kỹ thuật, tỷ trọng được xác định qua tỷ trọng kế hay dung dịch nặng và được

gọi là tỷ trọng tuyệt đối

3.1.3.2 Độ cứng

Độ cứng còn được gọi là độ rắn, là khả năng của khoáng vật chống lại sự cọ xát của khoáng vật khác lên trên bề mặt của nó Trong kỹ thuật, độ cứng được xác định bằng máy

vi độ cứng, tính bằng đơn vị kg/mm2, được gọi là độ cứng tuyệt đối

Độ cứng do sự liên kết giữa các hạt cấu tạo nên tinh thể khoáng vật quyết định theo các phương khác nhau, tăng khi khoảng cách giảm và ngược lại Trong một khoáng vật,

độ cứng có thể không giống nhau theo một phương hay còn gọi là tính dị hướng của độ cứng Ví dụ: khoáng disten (Al2SiO5) có độ cứng 4 -5 theo phương kéo dài, nhưng phương vuông góc có độ cứng 6 – 7

Trong thực tế, thường dùng bảng độ cứng tương đối Mohs với 10 bậc, mỗi bậc dùng

1 khoáng vật thường gặp làm vật chuẩn, xếp theo độ cứng tăng dần từ 1 dến 10

3.1.3.3 Cát khai

Còn gọi là vỡ phẵng Khi tác dụng lên bề mặt khoáng vật một lực, khoáng vật sẽ bị tách ra theo những mặt phẳng song song Sự tách ra này được gọi là tính cát khai của khoáng vật Chia ra bốn loại cát khai:

- Cát khai rất rõ: khi khoáng vật dễ dàng tách ra thành tấm mỏng, tạo nên mặt cát khai bằng phẳng óng ánh, điển hình là khoáng vật mica

- Cát khai rõ: lấy búa gõ vào khoáng vật tách thành những miếng nhỏ giới hạn bởi những mặt cát khai, điển hình là khoáng vật canxit

- Cát khai vừa: khi vỡ ra vừa có mặt cát khai vừa không có mặt cát khai, điển hình là khoáng vật fenspat

- Cát khai yếu: khó tìm thấy mặt cát khai, gặp ở nhiều khoáng vật

3.1.3.4 Vết vỡ

Khi dùng búa đập vào khoáng vật, khoáng vật sẽ không bị vỡ theo mặt cát khai mà

bị vỡ ra với mặt ngẫu nhiên nào đó Căn cứu vào vết vỡ có thể nhận diện được loại khoáng Người ta phân biệt các loại sau: vết vỡ vỏ trai, cong, sợi, hạt, lởm chởm, …

Ví dụ: thạch anh có vết vỡ cong, thủy tinh có vết vỡ lởm chởm

3.1.3.5 Màu

Mỗi khoáng vật có màu sắc riêng, màu do màu của nguyên tố hóa học tạo nên

khoáng vật gọi là màu tự sắc Song trong thực tế, nhiều khoáng vật ngoài màu tự sắc còn

có nhiều màu sắc khác Ví dụ: thạch anh có màu trắng đục, song trong tự nhiên còn có

màu hồng, tím, xám, lục… Màu đó được gọi là màu ngoại sắc, do các nguyên tố hóa học

có màu khác lẫn vào Màu thay đổi do sự giao thoa của ánh sáng gọi là màu giả sắc

3.1.3.6 Màu vết vạch

Màu của bột khoáng vật còn để lại khi vạch khoáng vật trên bản sứ trắng không tráng men Màu vết vạch là dấu hiệu tốt để xác định khoáng vật Đa số màu vết vạch giống màu khoáng vật (khoáng magnetit màu đen, thần sa màu đỏ) Tuy nhiên, cũng có nhiều khoáng vật có màu vết vạch khác với màu khoáng vật (khoáng pyrit mà vàng rơm nhưng vết vạch màu xám đen, hematic mà đen nhưng vết vệt đỏ thẳm)

3.1.3.7 Ánh

Ánh là khả năng phản xạ ánh sáng của khoáng vật Tính chất này phụ thuộc vào chiết suất của khoáng vật, chiếc suất khoáng vật càng lớn thì ánh càng mạnh (ánh khôn phụ thuộc vào màu khoáng vật) Có hai loại ánh là: ánh kim loại (các khoáng vật chứa

kim loại) và ánh phi kim, chia ra: ánh thủy tinh, ánh kim cương, ánh nhựa, ánh xà cừ, ánh

3.1.4 Phân loại khoáng vật

Có nhiều cách phân loại tùy theo quan điểm khác nhau, có thể phân loại theo nguồn gốc phát sinh, theo công dụng thực tiễn, theo thành phần hóa học

3.14.1 Phân loại theo nguồn gốc phát sinh

Theo nguồn gốc phát sinh chia thành :

- Khoáng vật tạo đá: chiếm tỷ lệ lớn về số lượng và giữ vai trò chính trong quá trình

tạo đá, có khoảng 200 khoáng vật thuộc nhóm này, tiêu biểu: thạch anh, mica, pyroxene,

…

- Khoáng vật tạo quặng: hiện diện rất ít dưới dạng hiếm, như khoáng apatit,

magnetit, zircon, …

3.1.4.2 Phân loại theo thành phần hóa học

Phân loại theo thành phần hóa học được sử dụng nhiều nhất, theo cách phân loại này khoáng vật được chia ra làm 8 lớp:

- Lớp nguyên tố tự nhiên: Là các khoáng vật chỉ gồm một nguyên tố hóa học Đặc

điểm là có màu sắc cố định, rất bền vững trong thiên nhiên như các khoáng vật vàng, bạc, platin, kim cương, graphit

- Lớp sulfur: Là hợp chất của kim loại hoặc á kim với lưu huỳnh Chúng thường là

khoáng vật quặng có giá trị công nghiệp về kim loại màu và kim loại hiếm như pirit (FeS2), chancopirit (CuFeS2), galenit (PbS2), sfalerit (ZnS2), thần sa (HgS)

- Lớp haloit: Là hợp chất của kim loại hoặc á kim với nhóm halogien: (F,Cl, Br, I)

như muối mỏ (NaCl), fluorit (CaF2)

- Lớp oxyt: Là hợp chất của kim loại hoặc á kim với oxy Được chia làm 2 phụ lớp:

phụ lớp khan nước như thạch anh, corindon, hematit (Fe2O3) và phụ lớp ngậm nước như opan (SiO2 nH2O), limonit (FeO(OH) nH2O)

- Lớp carbonat: hợp chất của kim loại hoặc á kim với [CO]2- Được chia ra 2 phụ lớp: khan nước như canxit, azurit (CuCO3) và ngậm nước như malachit (CuCO3 nH2O)

- Lớp sunfat: Là hợp chất của các kim loại hoặc á kim với [SO]2- Được chia ra làm

2 phụ lớp: khan nước như barit (BaSO4), anhydrit (CaSO4) và phụ lớp ngậm nước như thạch cao (CaSO4 nH2O)

- Lớp phốt phát: Là hợp chất của kim loại hoặc á kim với [PO4]2 Thí dụ: apatít

Ca5(Cl,F) [PO4]3, photphorit

- Lớp silicat: Là hợp chất gồm 2 hoặc nhiều nguyên tố hóa học của các kim loại

hoặc á kim với nhóm [SiO2]- [SiO2Al] Chia ra hai phụ lớp: khan nước: như octocla (K[AlSi3O8]) và phụ lớp chứa nước như tan (Mg3[Si4O10](OH)2)

- Lớp vonfram: sielit,

- Lớp hợp chất hữu cơ: hổ phách, than đá

3.1.5 Một số khoáng vật tiêu biểu

Theo mức độ phổ biến của khoáng vật trong đá: bắt đầu từ silicat đến khoáng vật oxit, sulfur tiếp theo là lớp carbonat, sulphat, photphat

- Trong các đá magma có độ kiềm bình thường, đá magma á kiềm, đá magma kiềm, các khoáng vật tạo đá chính: olivin, pyroxen, amphibol, mica, feldspar, thạch anh

- Một số các khoáng vật quặng thuộc oxit và sulfur có tầm quan trọng, giá trị cao và rất đặc trưng cho các đá

- Một số khoáng vật muối acit chỉ là khoáng vật phụ như apatit, monazit, fluorit và khoáng vật thứ sinh như calcit, magnezit, sodalit, cancrinit chiếm một lượng nhỏ

Tuy nhiên, mỗi khoáng vật được thành tạo trong những môi trường, vị trí khác nhau, cũng sẽ có một số tính chất cá biệt khác Đặc biệt là các nguyên tố vi lượng trong thành phần sẽ làm thay đổi một số tính chất về màu sắc, độ trong suốt Điển hình là khoáng vật zircon, casiterit,

3.2 ĐÁ

3.2.1 Khái niệm và phân loại đá

Đá là tập hợp có quy luật của một hay nhiều khoáng vật và là bộ phận chủ yếu cấu tạo nên vỏ Trái Đất Khi nghiên cứu về đá cần phải xét tới kiến trúc, cấu tạo và thế nằm của nó vì chúng phản ánh điều kiện thành tạo của đá

Có nhiều cách phân loại: phân loại theo thành phần hóa học, nguồn gốc phát sinh, thành phần các oxit Một trong các cách phân loại có ưu điểm là theo nguồn gốc Theo

đó, tất cả mọi đá tạo nên vỏ Trái Đất được chia ra 3 loại: magma, trầm tích và biến chất

Sự khác nhau của các nhóm/ từng loại đá trong mỗi nhóm thể hiện qua các dấu hiệu:

- Thế nằm: đặc điểm về hình dạng, kích thước và sự phân bố không gian của đá

trong vỏ hoặc trên bề mặt Trái Đất

- Cấu tạo: sự sắp xếp và phân bố không gian giữa các thành phần vật chất tạo nên

đá Nó đặc trưng cho tính đồng nhất hoặc không đồng nhất về vật chất, kích thước vật chất theo các phương

- Kiến trúc: những dấu hiệu quy định bởi trình độ kết tinh của khoáng vật hoặc kích

thước, hình dạng tinh thể khoáng, các hạt vụn trong mối quan hệ giữa chúng với nhau

- Thành phần khoáng vật chính: những khoáng vật, thành phần hóa học chủ yếu cấu

tạo nên từng nhóm đá hoặc từng loại đá

3.2.2 Chu trình đá

Dù có sự khác biệt như trên nhưng theo thời gian và theo điều kiện biến đổi, các nhóm đá có thể chuyển biến lẫn nhau Mối liên hệ này là một vòng khép kín được thể

hiện qua chu trình đá

Trên sơ đồ, vòng ngoài cùng biến thành một chu trình hoàn chỉnh Những đường bên trong biểu thị những đường tắt thường xảy ra trong hệ thống Ðá magma chỉ hình thành từ magma Ðây là con đường duy nhất một chiều Từ các đá mẹ, theo các quá trình biến đổi khác nhau sẽ hình thành nên các đá khác nhau

Trước hết quá trình phong hóa tác động lên các đá rắn Các sản phẩm của quá trình phong hóa sẽ tạo thành các đá mới: trầm tích, biến chất và thậm chí cả đá magma Trượt

lở, nước mặt, gió và băng hà cùng phối hợp để vận chuyển các sản phẩm phong hóa từ nơi này sang nơi khác Trong chu trình lý tưởng, điểm cuối cùng của các vật liệu này là đáy đại dương; tại đây các lớp bùn mịn, cát, sạn, sỏi được tích lũy dần, được cô đọng thành đá trầm tích

Nếu chu trình không bị gián đoạn, các đá trầm tích ban đầu này sẽ bị chôn vùi và bị nén bởi trọng lượng của khối đá bên trên Các đá này lại tiếp tục chịu tác động của nhiệt

và sự nén ép do di chuyển của các mảng kiến tạo Ðể cân bằng với môi trường mới các đá trầm tích bị thay đổi mạnh mẽ trở thành các đá biến chất

Nếu đá biến chất trên tiếp tục bị nhiệt và áp suất tác động thì nó có thể bị chảy lỏng

ra thành dung thể macma và khi bị nguội lạnh thì thành đá magma

Những đường tắt có thể xuất hiện trong chu trình tạo nên những gián đoạn Một số gián đoạn có thể gặp:

- Ðá magma sau khi hình thành vẫn không xuất lộ trên mặt đất và như vậy không chịu tác động bởi quá trình phong hóa Nhưng nếu sau đó chúng chịu tác động trước tiên của nhiệt độ, áp suất thì chúng có thể chuyển thành đá biến chất

- Sau khi đá trầm tích hay biến chất được thành tạo, chúng phải chịu sự tác động mạnh mẽ của quá trình phong hóa khiến cho chúng hoàn toàn bị phá hủy nên không còn tiếp tục đến giai đoạn kế tiếp

3.2.3 Đá magma

3.2.3.1 Khái niệm và phân loại

Đá magma là loại đá được thành tạo do quá trình ngưng kết của các silicat nóng chảy xảy ra trong lòng hoặc ở trên bề mặt Trái Đất Những khối silicat nóng chảy này được gọi là magma Có hai cách phân loại đá magma:

- Phân loại theo độ sâu thành tạo:

+ Đá magma xâm nhập: là các đá magma được thành tạo do dung nham magma xâm nhập vào vỏ Trái Đất rồi ngưng kết lại

+ Đá magma phun trào: là các đá được thành tạo do magma phun lên mặt đất rồi mới ngưng kết lại

- Phân loại theo thành phần hóa học:

Dựa vào hàm lượng SiO2, Fe, Mgcó trong đá mà chia ra:

+ Đá magma axit khi hàm lượng SiO2 > 65, có đặc điểm sáng màu, tỷ trọng <2,7 + Đá magma trung tính khi hàm lượng SiO2 = 53 - 65%, có đặc điểm tương đối sáng màu, tỷ trọng 2,7 – 2,8

+ Đá magma mafic khi hàm lượng SiO2 = 45 - 52%, hàm lượng khoáng vật chứa Fe,

Mg tăng, có đặc điểm sẫm màu, tỷ trọng 2,9 – 3,1

+ Đá magma siêu mafic khi hàm lượng SiO2 < 45%, hàm lượng khoáng vật chứa

Fe, Mg tăng, có đặc điểm sẫm màu đến rất sẫm màu, tỷ trọng >3,1

+ Thể nền: lấy tên từ tiếng Hy Lạp “batos” có nghĩa là độ sâu Có kích thước rất lớn,

rộng, dài tới hàng chục, hàng trăm km Đường ranh giới lộ ra trên bề mặt đất không đều đặn, ở dưới phình to và có sườn dốc đứng Ví dụ: khối granit Sông Chảy (Việt Bắc) là một thể nền điển hình

+ Thể trụ: có dạng hình trụ, thường là nhánh của thể nền, ranh giới lộ ra trên bề mặt

thường đẳng thước với diện tích nhỏ

+ Thể tường: do magma xuyên lên lấp đầy các khe nứt cắt qua các lớp đá của vỏ

Trái Đất với hai mặt gần song song, dốc đứng kéo dài tựa như bức tường

+ Thể cổ: là một phần của núi lửa cổ kiểu trung tâm, nó được lấp đầy magma đã

ngưng kết đôi khi chứa đầy vụn núi lửa

Các thể này đặc trưng cho đá magma xâm nhập sâu, có nguồn gốc từ các đá magma

có thành phần axit, kém linh động, nằm trong vùng có hoạt động của vỏ Trái Đất mạnh, trùng với các đới uốn nếp nâng cao tạo núi

+ Thể vỉa: hình thành do magma có áp lực xuyên vào khoảng giữa hai lớp đá trầm

tích gần như song song với nhau, tách các lớp ra và lấp đầy khoảng không gian đã được dọn nên Bề dày vỉa từ vài mét đến hàng chục mét, kéo dài từ vài km đến hàng chục km

+ Thể thấu kính: thường có hình dạng tựa như một thấu kính nằm kẹp giữa hai lớp

đá trầm tích Ví dụ: khố đá dunit ở Bản Sang – Tạ Khoa, Sơn La là một thấu kính điển hình ở Việt Nam

+ Thể nấm: có hình dạng giống như bánh dầy hoặc 1 cái nấm, nằm kẹp giữa hai lớp

đá trầm tích Lộ ra trên mặt thường có dạng gần tròn hoặc bầu dục ở trung tâm

+ Thể chậu: là thể xâm nhập giữa các vỉa, có hình dạng cái chậu, hình thành do sự

sụt lún của đá chứa dưới sức nặng của magma xâm nhập

+ Thể yên: là thể xâm nhập tương đối không lớn hình thành ở phần vòm của nếp

uốn, đồng thời với sự thành tạo nếp uốn

Tất cả các thể trên đặc trưng cho đá magma xâm nhập nông, đều là các thể khớp đều nằm giữa các đá trầm tích, có nguồn gốc đá magma mafic hoặc siêu mafic, dễ linh động và thường phân bố ở vùng có chế độ kiến tạo yếu, các đá có nhiều khe nứt, uốn nếp không hoàn chỉnh

- Thế nằm đá magma phun trào

+ Thể dòng: được hình thành từ magma có thành phần dễ linh động (như dung nham

mafic), thoát ra ở miệng núi lửa, chảy theo sườn dốc xuống các thung lũng xung quanh

Ví dụ: Ở Tây Nguyên có thê gặp nhiều dòng dung nham bazan dọc đáy các thung lũng, như trường hợp thác Pren (Đà Lạt) là di tích của một dòng dung nham cổ

+ Thể phủ: được hình thành từ magma có thành phần linh động, theo các khe nứt

của vỏ Trái Đất (đứt gãy) thoát lên bề mặt và phủ trên mặt đất bằng phẳng Ví dụ: các bề mặt dung nham rộng hàng triệu km2

ở Đecan (Ấn Độ) và Trung Siberia (Nga) Ở Việt Nam, thể phủ bazan gặp ở Phủ Qùy - Nghệ An với diện tích 200 km2

bề dày 200m và ở nhiều nơi khác như khu vực bề mặt các cao nguyên dung nham ở Tây Nguyên và Đông Nam Bộ, Vĩnh Linh - Quảng Trị

+ Thể vòm: được hình thành từ magma có tính axit, có thành phần ít linh động, có độ

nhớt cao, khó chảy thành dòng, là dạng thế nằm của đá phun trào khi dung nham đông cứng có dạng vòm Ví dụ: Miệng núi lửa Pele trên đảo Mactinic có độ cao 300m

3.2.3.3 Cấu tạo đá magma

- Cấu tạo đá magma xâm nhập: đá xâm nhập thường có cấu tạo khối và cấu tạo dải

(gơnai)

+ Cấu tạo khối đồng nhất: Là trường hợp các khoáng vật trong đá được phân bố ở

mọi chỗ đều nhau (tất cả các bộ phận đều giống nhau) Điều này chứng tỏ khi thành tạo thì điều kiện môi trường ở mọi điểm như nhau

+ Cấu tạo dạng dải (gơnai): là trường hợp các khoáng vật sắp xếp song song nằm

theo 1 hướng nhất định, tạo nên các dải có nhữg màu sắc khác nhau (tối màu xen kẽ với sáng màu) Điều này chứng tỏ magma có sự phân dị các khoáng vật theo kích thước, tỷ trọng

+ Cấu tạo cầu: cấu tạo khi các khoáng vật sắp xếp theo những lớp đồng tâm, hình

thành các khối cầu nhỏ trong toàn bộ khối đá Điều này chứng tỏ khi thành tạo đá phải có các trung tâm kết tinh lôi kéo các thành phần khác bao quanh để tạo nên khối cầu

- Cấu tạo đá magma phun trào

+ Cấu tạo xốp (lỗ hổng): là cấu tạo mà trong đá có những lỗ kích thước khác nhau

để lại do các chất khí thoát ra khi dung thể magma ngưng kết Điều này chứng tỏ khi thành tạo đá có nhiều thành phần khí, khi được đưa ra ngoài mặt, do áp suất, nhiệt độ giảm nhanh, phần ngoài đông cứng trước không cho các chất khí thoát ra Sau khi toàn bộ khối magma đông đặc, các chất khí mới thoát ra ngoài được, để lại các lỗ hổng trong đá

+ Cấu tạo bọt: tương tự như cấu tạo xốp, nhưng thường được thành tạo ở phần rìa

của dòng dung nham phun trào

+ Cấu tạo dòng chảy: là cấu tạo mà đá còn giữ được dấu vết dòng chảy của dung

nham

3.2.3.4 Kiến trúc đá magma

Do điều kiện thành tạo tương đối phức tạp nên đá magma có nhiều kiến trúc khác nhau

- Kiến trúc toàn tinh hạt đều: là kiến trúc trong đó toàn khối đá có cấu trúc tinh thể

khoáng vật có kích thước như nhau Nếu kích thước trên 5mm là kiến trúc hạt thô, hạt vừa từ 1 – 5 mm, hạt nhỏ: nhỏ hơn 1mm Loại kiến trúc này đặc trưng cho các đá magma xâm nhập, thành tạo ở các độ sâu khác nhau

- Kiến trúc toàn tinh hạt không đều: khi trong toàn bộ khối đá là những hạt khoáng

vật có kích thước khác nhau nằm xem kẽ nhau Điều này chứng tỏ magma được hình thành ở hai giai đoạn khác nhau Giai đoạn đầu khi áp suất, nhiệt độ giảm chậm, thành phần vật chất còn giàu nên hình thành kiến trúc tinh thể lớn Giai đoạn sau, do hoạt động của vỏ Trái Đất làm thay đổi nhanh áp suất, nhiệt độ cùng với giảm thành phần vật chất nên chỉ thành tạo những tinh thể nhỏ

- Kiến trúc vi tinh: Là kiến trúc mà các tinh thể bé, mắt thường khó nhìn thấy được

Kiến trúc này thành tạo khi magma phun lên mặt đất gặp nhiệt độ và áp suất thấp nên dung nham nguội nhanh, khoáng vật không đủ thời gian để kết tinh thành tinh thể lớn

- Kiến trúc thủy tinh: Là kiến trúc các khoáng vật ở trong đá do magma khi ra ngoài,

đông cứng đột ngột nên không kịp kết tinh thành tinh thể khoáng vật Điển hình là đá opixidien

3.2.3.5 Thành phần khoáng vật

Đá magma gồm 2 nhóm khoáng vật chính: nhóm silic gồm những khoáng vật sáng màu: thạch anh, fenspat, nhóm femic gồm những khoáng vật sẫm màu: hoocblen, piroxen, olevin,

3.2.4 Đá trầm tích

3.2.4.1 Khái niệm và phân loại

Đá trầm tích thành tạo từ các sản phẩm phá hủy của các đá có trước, sản phẩm hoạt động của núi lửa, kết quả của các quá trình hóa học và hoạt động của sinh vật Các sản phẩm này có thể tích tụ tại chỗ hoặc được gió, nước chảy, băng hà mang đi và tích đọng ở biển, hồ và một phần trên đường vận chuyển (lòng sông, suối)

Đá trầm tích chiếm 5% tổng khối lượng các đá trong vỏ Trái Đất, song lộ ra tới 75% diện tích bề mặt đất

Dựa theo nguồn gốc thành tạo, đá trầm tích chia làm 4 nhóm:

- Đá trầm tích cơ học: loại đá trầm tích phổ biến nhất, được thành tạo do sự phá hủy

cơ học của các đá có trước sau đó được lắng đọng lại

- Đá trầm tích hóa học: là đá được thành tạo nhờ con đường hóa học như kết tủa từ

dung dịch thật và dung dịch keo như: đá vôi hóa học, đá đôlomit, đá sét, đá tuf vôi, Tuf vôi: được thành tạo do sự kết tủa của dung dịch giàu cacbonat Thành phần khoáng vật là canxit, đá có kiến trúc toàn tinh, cấu tạo khối, màu trắng hơi vàng sủi bọt mạnh với HCl loãng, độ gắn kết yếu Hay gặp ở các cửa hiện các suối giàu cacbonatcanxi hòa tan và tách ra từ nước trong các hang động tạo nên các chuông đá, măng đá, cột đá

- Đá trầm tích hữu cơ: Là đá trầm tích mà toàn bộ hay một phần là sản phẩm của

sinh vật như: đá vôi san hô, đá vôi trùng tiền, than đá,

Đá vôi: thành phần khoáng vật chủ yếu là canxit, có thể lẫn đolomit, sét, thạch anh, than Màu sắc không cố định có thể trắng, xám, nâu đỏ hoặc đen Độ cứng trung bình dao rạch được, dễ sủi bọt với HCl Bề ngoài là loại đá đặc xít, hạt mịn Nguồn gốc: được

thành tạo từ trầm tích vỏ vôi của một số động vật biển hoặc từ các ám tiêu san hô Tùy theo di tích của động vật biển tạo nên mà đá có tên tương ứng: đá vôi fusulin, nummulites, đá vôi vỏ sò, đá vôi san hô

Than đá: được thành tạo là do các di tích thực vật bị chôn vùi dưới đất rồi bị tác dụng lên men mà thành trong điều kiện không có oxy

- Đá trầm tích hỗn hợp: là sản phẩm tích tụ hỗn hợp của hai hoặc ba loại có nguồn

gốc trên như: đá vôi trứng cá, đá vôi hạt đậu, sét vôi

3.2.4.2 Thế nằm đá trầm tích

Thế nằm ban đầu của đá trầm tích là nằm ngang hoặc gần ngang Do tác động của các chuyển động vỏ Trái Đất trong quá khứ, thế nằm của đá trầm tích bị thay đổi Việc nghiên cứu thế nằm của đá trầm tích cho phép ta có thể suy đoán về nguồn gốc và kích thước của các chuyển động của vỏ Trái Đất trong quá khứ

- Thế nằm đá trầm tích nguyên thủy

+ Thế nằm ngang: các lớp đá nằm ngang (mặt lớp song song với mặt thủy chuẩn)

thế nằm các lớp đá giữ nguyên trạng thái nguyên thủy, thể hiện ở địa hình: sự bằng phẳng đặc trưng nhất là các miền đồng bằng hoặc các vùng núi sót dạng mặt bàn

- Thế nằm đá trầm tích không còn nguyên thủy

+ Thế nằm do uốn nếp: các lớp đá bị vò nhàu uốn nếp, tạo thành các nếp uốn lồi và

nếp uốn lõm, thế nằm bị thay đổi nhiều về hướng cắm và góc dốc Tùy thuộc vào mức độ phức tạp hoặc đơn giản của các nếp uốn mà địa hình có những điểm khác nhau Nếu nếp uốn đơn giản thì địa hình là những quả đồi độc lập hoặc những dải đồi thấp Nếu nếp uốn

phức tạp thì địa hình là những miền núi cao

+ Thế nằm do đứt gãy: các đá bị phá hủy mãnh liệt, thế nằm bị xáo trộn mạnh Tùy

vào mức độ hoạt động của đứt gãy mà địa hình có những biểu hiện khác nhau Trong miền ít phức tạp, địa hình có dạng bậc thang, phân bậc Trong miền phức tạp, nếu địa hình nổi cao thì ta gặp các khối địa lũy, nếu địa hình âm thì ta gặp các thung lũng địa hào

+ Thế nằm đơn nghiêng: các lớp đá nằm nghiêng không còn giữ trạng thái nguyên

thủy, tức là chúng đã chịu sự tác động của các tác nhân nội lực khác, thường tạo ra những

vùng núi cao, đặc trưng là núi 1 sườn (cuesta) có 1 sườn dốc và 1 sườn thoải

3.2.4.3 Cấu tạo đá trầm tích

Đá trầm tích đa số có cấu tạo lớp Trong quá trình hình thành, mỗi lớp đá chịu sự chi phối của nhiều yếu tố ngoại lực như: gió, dòng chảy, sóng, hoạt động của sinh vật, Vì vậy trên mặt lớp thường để lại những dấu vết trên Nghiên cứu các dấu vết này, người ta

có thể suy đoán ra điều kiện môi trường trầm tích trong quá khứ Trong một lớp đá trầm tích có thể có các cấu tạo:

- Cấu tạo khối: các hợp phần tạo đá sắp xếp lộn xộn không có quy luật do vật liệu

mang tới trong quá trình lắng đọng là đồng nhất, môi trường trầm tích gần như ổn định, tốc độ tương đối nhanh, chế độ thuỷ động lực bị xáo động liên tục song không có dòng

chảy đáy

- Cấu tạo phân lớp: xảy ra khi chế độ động lực của môi trường thay đổi và vật liệu

trầm tích mang tới cũng thường xuyên thay đổi theo mùa Có thể gặp các kiểu phân lớp:

+ Phân lớp ngang: lớp nọ nằm đè trên lớp kia theo các mặt phẳng gần song song,

hình thành ở môi trường yên tĩnh hoặc đồng nhất về động lực trên một diện rộng (hồ - đầm lầy, đáy biển nông và biển sâu có dòng chảy đáy) trong những thời điểm hoạt động kiến tạo yếu

+ Phân lớp lượn sóng: các thớ lớp song song với nhau như dạng hình sin thoải, do

thành tạo ở ven các hồ lớn, ven biển dưới tác dụng rung động của sóng ngầm

+ Phân lớp xiên: trường hợp phân lớp xiên theo một góc cố định thì được gọi là

phân lớp xiên đơn, đặc trưng cho trầm tích ở môi trường nước chảy, khi xiên chéo nhau

thành từng tập góc nghiêng thay đổi, các lớp uốn cong lồi lõm với những phương và góc dốc khác nhau trông như các bàn tay úp đan chồng lên nhau gọi là phân lớp xiên chéo, đặc trưng cho trầm tích châu thổ và ven biển

+ Phân lớp tuần hoàn: sự phân lớp có tính chu kỳ, mỗi tập có thể bắt đầu là lớp hạt

mịn, sau đó hạt thô dần, lặp lại nhiều lần Kiểu này hình thành trong khu vực có sự thay đổi khí hậu theo chu kỳ hoặc do sự thay đổi độ sâu trầm tích có tính chu kỳ tạo nên

+ Nón chồng nón

Trong đá vôi thường xuất hiện các dạng cấu tạo zic zac tựa như nón chồng nón Góc các đỉnh nón thay đổi từ 30 - 6000 Giữa các nón với nhau có ranh giới rõ ràng, đôi khi bóc thành lớp được Vì vậy đây là một dạng phân lớp đặc biệt Hiện tượng này liên quan đến 2 điều kiện: Đá vôi có cấu tạo phân lớp mỏng nguyên thuỷ; Có hiện tượng ép ngang

và tái kết tinh của canxit đồng thời

- Cấu tạo turbidit

Là cấu tạo rối của một hỗn hợp đá trầm tích bao gồm các mảnh vỡ của đá trượt lở từ sườn lục địa dốc vào môi trường có dòng bùn đáy biển sâu khi đang có một pha kiến tạo mãnh liệt xảy ra Sự có mặt của cấu tạo turbidit là bằng chứng bể trầm tích bất đối xứng, dạng tuyến kéo dài và sâu, không có thềm lục địa điển hình, sườn lục địa dốc Tương ứng với pha sụt lún chờm nghịch đáy biển bị rung động mạnh tạo ra một dòng nước xoáy rối loạn cuốn các vật liệu rắn thô hỗn độn bị sụt lở từ sườn dốc xuống đưa vào các dòng bùn

- Cấu tạo dạng ổ

Thường gặp trong đá vôi silit có tuổi trước Cacbon Silit tạo thành từng ổ trong đá vôi do tái vận chuyển và tái phân bố không đều dưới tác dụng của dòng chảy đáy xảy ra ngang nhau sau quá trình đồng sinh

- Cấu tạo kết hạch

Thường gặp trong trầm tích sắt, nhôm, mangan, photphorit, silit, cacbonat v.v Kết hạch là những thể trầm tích dạng cầu, elipsoit hoặc bánh dày, đôi khi dạng méo mó Kích thước thay đổi từ vài milimet đến vài centimet Cấu tạo bên trong của kết hạch có thể là đồng tâm, toả tia hoặc đồng nhất phụ thuộc vào môi trường thành tạo của chúng

- Cấu tạo trứng cá

Có kích thước 1 - 2mm ranh giới rõ ràng bên trong thường có cấu tạo đồng tâm bao quanh một nhân trong đá vôi nhân, có thể là canxit hay một mảnh vụn có thành phần khác (vụn khoáng vật hay vụn vỏ sinh vật) Cấu tạo trứng cá có thể gặp trong đá bauxit, trầm tích sắt (hematit trứng cá) Nếu kích thước trứng cá lớn (> 4mm) thì gọi là cấu tạo pizolit hay hạt đậu Nếu bên trong các hạt đồng nhất thì gọi là giả trứng cá

- Cấu tạo đường khâu

Đường khâu là những đường hình răng cưa cắt mặt lớp hoặc chạy theo mặt lớp Chúng thường gặp trong đá vôi đôi khi trong cát kết, bột kết nghèo xi măng Đường khâu

là hậu quả của quá trình nén ép yếu tạo ra đường nứt răn reo và được lấp đầy bởi các dung dịch khoáng mang màu hoặc sét

3.2.4.4 Kiến trúc đá trầm tích

Kiến trúc của đá trầm tích được phân ra thành: kiến trúc đá vụn cơ học, kiến trúc đá sét và kiến trúc đá hóa học và sinh hóa

- Đá vụn cơ học bao gồm hai hợp phần chủ yếu: hạt vụn (vật liệu tha sinh) và nền

gắn kết Nền gắn kết bao gồm matrix và xi măng Matrix là những vật liệu không phải là vật chất có nguồn gốc từ dung dịch keo và dung dịch thật Chúng là các vật liệu sét lẫn các hạt vụn rất nhỏ (< 0,1 mm) Xi măng là các hợp phần có nguồn gốc từ dung dịch keo

và dung dịch thật như: calcit (CaCO3), limonit, goethit (Fe2O3.nH2O), hematit (Fe2O3), opal, calcedon (SiO2.nH2O), thạch anh (SiO2), thạch cao (CaSO4.2H2O), v.v Dựa theo kích thước hạt, có thể chia thành:

+ Dăm, cuội: khi kích thước hạt trung bình lớn hơn 2mm, trong đó: dăm (không tròn

cạnh), cuội (tròn cạnh)

+ Sạn, sỏi: khi kích thước hạt trung bình 1 - 2mm, trong đó: sạn (không tròn cạnh),

sỏi (tròn cạnh)

+ Cát: khi kích thước hạt trung bình = 0,1 - 1mm

+ Bột: khi kích thước hạt trung bình = 0,01 - 0,1mm

- Đá sét: thành tạo chủ yếu từ các khoáng vật sét (kích thước hạt trung bình < 0,01

mm) và thường xuyên có pha trộn với một tỷ lệ nhất định các hợp phần phi sét, được

phân loại thành:

+ Bùn-bột: khi đá sét chứa 5-50% vật liệu bột (d = 0,1-0,01mm)

+ Bùn: đặc trưng của đá sét thuần túy, khoáng vật sét (d < 0,01mm)

+ Bùn-cát: khi đá sét chứa 5-50% vật liệu cát (d = 1-0,1mm)

+ Thực vật-bùn: khi đá sét chứa nhiều di tích thực vật hóa than như chất nhựa, bào

tử phấn hoa, vỏ cây, v.v… bị keo hóa và fusain hóa

+ Sét biến dư: các khoáng vật sắp xếp định hướng dạng vi vảy biến tinh thường gặp

trong đá phiến sét

- Đá hóa học: được chia thành 5 nhóm dựa theo kích thước hạt:

+ Hạt thô: khi kích thước hạt trung bình > 1mm

+ Hạt lớn: khi kích thước hạt trung bình = 0,25 - 1mm

+ Hạt trung bình: khi kích thước hạt trung bình = 0,1 – 0,25mm

+ Hạt nhỏ: khi kích thước hạt trung bình = 0,05 – 0,1mm

+ Hạt rất nhỏ: khi kích thước hạt trung bình < 0,05mm

3.2.4.5 Thành phần vật chất

Đá trầm tích có thành phần vật chất bao gồm: khoáng vật và di tích sinh vật

- Thành phần khoáng vật gồm hai loại: khoáng vật thứ sinh là các khoáng vật còn lại

của các đá bị phá hủy (thạch anh, rutin, vàng , ) và khoáng vật tự sinh là các khoáng vật sinh thành khi trầm tích biến thành đá như: mica, sét, Thành phần hóa học: hàm lượng trung bình Fe2O3 và FeO trong đá trầm tích lớn hơn trong đá magma, hàm lượng Na2O lại nhỏ hơn trong đá magma Tỷ lệ K2O/ Na2O trong đá trầm tích luôn >1 Hàm lượng H2O,

CO2, S trong đá trầm tích lớn hơn đá magma và đá biến chất

- Các di tích sinh vật: gồm một phần hoặc toàn phần của sinh vật như các mảnh vỏ,

xương, cành, lá, rễ, bào tử phấn hoa,

3.2.5 Đá biến chất

3.2.5.1 Khái niệm và phân loại

Đá biến chất là kết quả của quá trình biến đổi sâu sắc ở trạng thái cứng của các đá có trước (đá magma hoặc đá trầm tích, hoặc biến chất) dưới tác động của các quá trình địa chất xảy ra ở các độ sâu khác nhau trong vỏ Trái Đất tạo thành Nguyên nhân gây biến chất có thể do: tác dụng magma, dung dịch nhiệt dịch, nhiệt độ, áp suất cao trong Trái Đất

Phân loại đá biến chất:

- Đá biến chất tiếp xúc: đá biến chất tiếp xúc được thành tạo do quá trình biến chất

xảy ra tại ranh giới tiếp xúc giữa các khối magma xâm nhập và đá vây quanh Được chia làm hai loại: biến chất tiếp xúc nhiệt và biến chất tiếp xúc trao đổi

+ Đá biến chất tiếp xúc nhiệt: đá hoa là đá biến chất tiếp xúc nhiệt được thành tạo từ

đá nguyên thủy là đá vôi, đá có màu trắng, kiến trúc toàn tinh, cấu tạo khối

+ Đá biến chất tiếp xúc trao đổi: là đá được thành tạo khi có sự tiếp xúc và trao đổi

thành phần vật chất giữa khối xâm nhập và đá vây quanh Ví dụ đá skarnơ là đá biến chất trao đổi khi khối xâm nhập có thành phần axit và các đá vây quanh có thành phần cacbonat

- Đá biến chất động lực: là đá được thành tạo do tác động của áp lực Dưới áp lực

lớn các đá có thể bị vỡ vụn, vò nhàu, cà nát hoặc có thể bị biến vị, uốn nếp, đứt gãy Các

đá biến chất động lực thường gặp là dăm kết kiến tạo, kataclazit, milonit

3.2.5.2 Phân bố đá biến chất

Đá biến chất tiếp xúc thường phân bố thành vành đai khép kín hoặc không khép kín

Đá biến chất động lực thường phân bố thành đới, kéo dài theo các đứt gãy

Ngay cả trong mỗi đới hoặc vành đai biến chất lại có sự phân đới nhỏ hơn với các loại đá biến chất khác nhau theo chiều nằm ngang và cả chiều thẳng đứng với cự ly từ vài mét đến hàng trăm mét

3.2.5.3 Cấu tạo đá biến chất

Đá biến chất có thể có các kiểu cấu tạo sau:

- Cấu tạo sót: cấu tạo còn giữ lại các cấu tạo của đá nguyên thủy như: cấu tạo khối,

lớp, …

- Cấu tạo biến chất: cấu tạo hình thành trong quá trình biến chất gồm: cấu tạo phân

phiến, dạng dải, dạng sợi, dạng mắt, vi uốn nếp, dạng khối

+ Cấu tạo phân phiến: cấu tạo gồm những phiến mỏng, mặt phẳng phân phiến láng

bóng, đặc trưng cho các đá biến chất động lực

+ Cấu tạo phiến kết tinh: cấu tạo gồm các hạt khoáng vật kết tinh to, nổi trên mặt

phân phiến, đặc trưng cho các đá biến chất nhiệt động

+ Cấu tạo vẩy biến tính: cấu tạo gồm những vẩy mỏng nằm trên mặt phân phiến,

đặc trưng cho các đâ biến chất nhiệt động

+ Cấu tạo dạng dải (gơnai): cấu tạo gồm các khoáng vật cùng loại sắp xếp thành

một hướng trông tựa như các dải màu xen kẽ nhau

Ngoài ra, còn gặp cấu tạo vi uốn nếp, cấu tạo dòng, ống,

3.2.5.4 Kiến trúc đá biến chất

- Kiến trúc sót: kiến trúc còn giữ lại các kiến trúc của các đá nguyên thủy như kiến

trúc hạt, poocphia, …

- Kiến trúc động lực (cà nát): kiến trúc gồm các mảnh vụn, kích thước khác nhau,

hình dạng, góc cạnh như kiến trúc dăm,

- Kiến trúc biến tính: kiến trúc có sự biến đổi khoáng vật rõ Khi chúng có dạng vẩy

thì được gọi là vẩy biến tính Còn khi có dạng hạt sẽ được gọi là hạt biến tính Đặc trưng cho loại vẩy thể hiện ở đá phiến mica, đá phiến clorit, ; đặc trưng cho loại hạt thể hiện ở

đá phiến thạch anh, đá phiến gronat,

3.2.5.5 Thành phần khoáng vật

Thành phần khoáng vật trong đá biến chất nhìn chung tương tự trong đá magma và trầm tích Tuy nhiên, có một số khoáng vật mà chỉ có ở đá biến chất: gronat, coodiexit,

CHƯƠNG 4 TUỔI ĐỊA CHẤT VÀ CỔ SINH VẬT

4.1 CÁCH TÍNH TUỔI ĐÁ

4.1.1 Phương pháp tính tuổi tương đối

Các phương pháp này không cho ta biết được tuổi chính xác của các lớp đá, nhưng xác định được thời gian hình thành các lớp đá một cách tương đối, cho ta biết được lớp nào hình thành trước, lớp nào hình thành sau.Trên cơ sở nghiên cứu về thành phần, cấu tạo, thế nằm và đặc điểm sự phân lớp của đá và những hóa thạch chứa trong các lớp, người ta có thể xác định tính tương đối về thời gian hình thành của các lớp đá

4.1.1.1 Phương pháp nguyên tắc địa chất

Đây là một phương pháp truyền thống và quan trọng trong việc định tuổi địa chất

Có nhiều nguyên tắc quan trọng được phát triển từ khi sơ khai đến khi thành một ngành khoa học chính thức Các nguyên lý này vẫn được áp dụng đến nay theo cách mà nó cung cấp thông tin về lịch sử địa chất và thời gian diễn ra các sự kiện địa chất

- Nguyên tắc quan hệ xâm nhập: Khi đá magma xâm nhập lên, nó xuyên cắt qua các

tầng nằm bên trên nó (thường là các tầng đá trầm tích) Khi đó dựa trên quan hệ này có thể xác định được các đá magma trẻ hơn các đá trầm tích bị nó cắt qua Có một số kiểu

xâm nhập khác nhau như laccolith, batholith và dyke

- Nguyên tắc quan hệ xuyên cắt: có thể được sử dụng để xác định tuổi tương đối

của địa tầng và các cấu tạo địa chất khác A - đá bị uốn nếp bị cắt bởi một đứt gãy; B - đá xâm nhập cắt qua A; C - bất chỉnh hợp góc giữa tầng đá trầm tích mới phủ lên A & B bị bào mòn; D - dyke núi lửa (cắt qua A, B & C); E - tầng đá trẻ hơn (phủ lên C & D); F -

đứt gãy thuận (cắt qua A, B, C & E) Tuổi của các đá theo tự trẻ dần từ A đến E

- Nguyên tắc quan hệ cắt theo mặt cắt đề cập đến các đứt gãy và tuổi đứt gãy Đứt

gãy trẻ hơn đá mà chúng cắt qua; nếu các đứt gãy này cắt qua hai hay nhiều loại đá theo thứ tự địa tầng, nếu chúng phát triển liên tục trên đá này mà không phát triển trên đá kia thì các đá bị cắt có tuổi cổ hơn đứt gãy, còn các đá không bị cắt có tuổi trẻ hơn đứt gãy Tìm các dấu hiệu này trên đá có thể xác định loại đứt gãy đó là đứt gãy thường hay đứt

gãy sâu (trong toàn vỏ Trái Đất)

- Nguyên tắc chứa đá tù thường dùng trong đá trầm tích, khi mà một loại đá ngoại

lai có mặt trong đá trầm tích, thì nó có tuổi cổ hơn tuổi đá trầm tích Tương tự, trong đá magma, khi một loại đá bị bao bọc bởi một đá magma khác thì đá bị bao bọc có tuổi cổ

hơn tuổi đá magma chứa nó

- Nguyên tắc tương tự đề cập đến các quá trình địa chất diễn ra trong trong hiện tại

cũng giống với các quá trình diễn ra trong quá khứ Nguyên tắc này được phát triển từ nguyên tắc của nhà vật lý và địa chất học James Hutton thế kỷ 18, là "hiện tại là chìa khóa

mở cách cửa quá khứ" nguyên văn: "the past history of our globe must be explained by what can be seen to be happening now" (Lịch sử trong quá khứ có thể được giải thích

giống như những gì xảy ra trong hiện tại)

- Nguyên tắc lớp nằm ngang nguyên thủy: đề cập đến các lớp trầm tích tồn tại trong

môi trường ở dạng đá gốc nằm ngang Quan sát các lớp trầm tích hiện đại (đặc biệt là trầm tích biển) ở nhiều môi trường khác nhau cũng chứng minh cho nguyên tắc này (mặc

dù trong tự nhiên các lớp này hơi nghiêng, nhưng xu hướng chung là nó nằm ngang)

- Nguyên tắc xếp chồng: chỉ các lớp đá trầm tích trẻ hơn nằm trên các các lớp đá

trầm tích cổ trong vùng yên tĩnh kiến tạo Nguyên tắc này dùng để phân tích quan hệ của các lớp trầm tích trong cùng một mặt cắt đứng, theo đó có thể phân tích sự gián đoạn trầm

tích trong toàn địa tầng

- Nguyên tắc động vật hóa thạch: Dựa trên sự xuất hiện của hóa thạch trong các đá

trầm tích Khi các loài xuất hiện cùng thời điểm trên toàn thế giới, sự có mặt hoặc không

có mặt (thỉnh thoảng) của chúng có thể cung cấp tuổi tương đối của các hệ tầng chứa chúng Dựa trên nguyên tắc của William Smith, đã ra đời trước thuyết tiến hóa của Charles Darwin gần 100 năm, nguyên tắc này phát triển độc lập với thuyết tiến hóa Nguyên tắc trở nên khá phức tạp, tuy nhiên đã đưa ra được sự hóa thạch của các loài dễ biến đổi và hóa thạch địa phương dựa trên sự thay đổi theo chiều đứng trong môi trường sống (các loài thay đổi trong tầng trầm tích), và không phải tất cả hóa thạch có thể được

tìm thấy trên toàn thế giới trong cùng một thời điểm

4.1.1.2 Phương pháp địa tầng

Cơ sở khoa học của phương pháp là nguyên lí về tính kế tục: Các lớp khi mới hình thành đều nằm ngang và lớp này phủ kế tiếp lên lớp kia Lớp thành tạo sau phủ lên lớp thành tạo trước, trẻ hơn lớp trước và ngược lại Phương pháp được áp dụng rộng rãi trong quá trình nghiên cứu của nhà địa chất ngay ngoài thực địa

Ví dụ: có 1 vết lộ địa chất với các lớp từ dưới lên trên được đánh số từ 1 - 8 Trong trường hợp đơn giản này các lớp mang số càng lớn thì nằm trên và trẻ hơn

Việc áp dụng phương pháp này rất đơn giản và thuận tiện ở những nơi có cấu trúc địa chất không phức tạp (điều kiện bình ổn), còn những nơi có hoạt động kiến tạo mạnh, các lớp đá bị đảo lộn thì việc áp dụng phải hết sức cẩn thận

+ Ưu điểm: dễ dàng, nhanh và rẻ

+ Hạn chế: chỉ những miền kiến tạo xảy ra yếu ớt còn những miền hoạt động kiến tạo mạnh thì khó chính xác, do vậy phạm vi áp dụng hẹp

4.1.1.3 Phương pháp thạch học

Cơ sở của phương pháp là dựa vào thành phần thạch học của các đá, các đá có cùng thành phần thạch học thì cùng tuổi Từ đó có thể suy ra: ở các mặt cắt khác nhau, các lớp

có cùng một thành phần thạch học giống nhau là những lớp cùng tuổi

+ Ưu điểm: đơn giản, rẻ, nhanh

+ Nhược điểm: chỉ sử dụng trong phạm vi hẹp, độ chính xác chưa cao, vì trong tự nhiên các đá có cùng tuổi hay cùng được thành tạo trong thời gian nào đó thì lại có thành phần khác nhau, ngược lại các đá có tuổi khác nhau trong nhiều trường hợp lại có thành phần giống nhau Ví dụ: đá vôi tuổi C, P lại có thành phần trùng nhau

Trên thực tế để xác định tuổi tương đối và phân chia các tầng, cũng như phương pháp địa tầng, phương pháp thạch học cần được sử dụng cùng các phương pháp khác Phương pháp thạch học và địa tầng thường được sử dụng để xây dựng bản đồ địa chất những khu vực phát triển đá magma và biến chất Vì đá magma và biến chất không chứa di tích hữu cơ vì thế để xác định tuổi của đá magma và đá biến chất cần phải nghiên cứu thành phần thạch học của đá tại chỗ tiếp xúc và xét mối liên quan vị trí giữa chúng với các đá trầm tích đã biết tuổi

Cơ sở của phương pháp cổ sinh vật là sự phát triển và tiến hóa của động vật, thực vật theo dòng thời gian Thế giới hữu cơ xuất hiện trong những thời đại lịch sử địa chất cổ xưa nhất của vỏ Trái Đất Từ đó đến nay chúng liên tục tiến hóa và phát triển không

ngừng, qua nghiên cứu thực tế người ta thấy tồn tại hai nguyên tắc có ý nghĩa lớn đối với phương pháp cổ sinh:

- Theo học thuyết Darwin: “Sinh vật không thể quay trở lại, dù trong từng bộ phận, trạng thái trước kia mà tổ tiên chúng đã có” Quy luật này còn được gọi là: “Quy luật tiến hóa không luân hồi” hay “Quy luật một chiều” Có nghĩa là không có một hóa đá nào trong quá trình tiến hóa lại lặp lại hai lần Định luật này cho phép dùng hóa đá để xác định tuổi của đá

- Các giai đoạn phát triển của thế giới sinh vật đồng nhất trên toàn thế giới Nguyên nhân là các sinh vật được phân bố phổ biến rất nhanh chóng, sự trao đổi của sinh vật ở các miền khác nhau đã diễn ra một cách liên tục Quan sát thế giới hữu cơ đa dạng ngày nay người ta nhận thấy tính chất chung là: ở lục địa loài chim và loài có vú tung hoành còn ở biển thì sò hến và các loài cá ngự trị Từ đó người ta suy luận rằng, trước kia những nhóm sinh vật khác cũng đã từng thống trị thế giới như thế Có nghĩa là những sinh vật nhất định đặc trưng cho từng loại thời kì nhất định

Từ hai nguyên tắc trên dẫn đến kết luận quan trọng với phương pháp cổ sinh:

+ Hai trầm tích có hóa thạch giống nhau là có cùng tuổi như nhau

+ Các lớp đá có thời gian thành tạo khác nhau chứa những hóa thạch khác nhau

* Phương pháp hóa đá chỉ đạo

Cơ sở của phương pháp này là chỉ dựa vào một số hóa đá có trong lớp đá trầm tích

để xác định tuổi lớp đá đó, chứ không phải là tất cả các di tích hóa đá Những hóa đá đó được gọi là hóa đá chỉ đạo Một hóa đá được gọi là chỉ đạo phải đảm bảo 3 tiêu chuẩn:

- Biến đổi nhanh chóng theo thời gian, nói cách khác đó là sinh vật được phát sinh,

phát triển và diệt vong một cách nhanh chóng Nó có giới hạn phân bố hẹp theo chiều đứng của cột địa tầng

- Diện phân bố địa lý rộng để có thể so sánh, đối chiếu chúng trên những khoảng

cách rất lớn Như vậy chỉ có những hóa đá của sinh vật biển khơi mới đảm bảo được tiêu chuẩn này

- Hóa đá đó phải được bảo tồn tốt, số lượng phong phú và dễ tìm kiếm

+ Ưu điểm: nhanh, rẻ tiền

+ Nhược điểm: những hóa đá chỉ đạo thường ít gặp trong thiên nhiên Do sinh vật thường mang tính khu vực địa lí, do đặc điểm phụ thuộc và thích nghi của sinh vật vào môi trường, do tính chất di cư của sinh vật

* Phương pháp thống kê theo phần trăm

Khác với hóa đá chỉ đạo, ở đây đòi hỏi phải nghiên cứu toàn bộ các hóa đá có mặt chứ không phải riêng một loại nào, tính phần trăm của từng loại hóa đá (tổng các hóa đá bằng 100%) sau đó so sánh với bảng mẫu

+ Ưu điểm: không phải tìm hóa đá chỉ đạo

+ Nhược điểm: rất phức tạp, sai số lớn bởi mang tính chủ quan của người phân tích

* Phương pháp phát sinh huyết thống

Bản chất của phương pháp này là sự nghiên cứu những nhóm riêng biệt của hệ thống sinh vật: họ, giống, loài, trên cơ sở tìm mối quan hệ họ hàng, xây dựng cây huyết thống trong đó gốc là ông cha, ngọn là con cháu

+ Ưu điểm: độ chính xác cao

+ Nhược điểm: phức tạp, đòi hỏi phải có chuyên môn cao về cổ sinh

4.1.2 Phương pháp tính tuổi tuyệt đối

4.1.2.1 Phương pháp Thiên chúa giáo

Đạo Thiên chúa giáo đã tuyên bố Trái Đất đã có trước khi chúa Jesu ra đời 5.508 năm Tính đến thời điểm hiện nay (2016) tuổi Trái Đất: 5508 + 2016 = 7524 năm