سنگ از نظر زمين‌شناسان به ماده‌ی سازنده‌ی پوسته‌ و بخش جامد سست‌کره‌ی زمين گفته می‌شود. سنگ‌ها از يک يا چند کانی درست شده‌اند و از نظر چگونگی پديد آمدن در سه گروه سنگ‌های آذرين، سنگ‌های رسوبی و سنگ‌های دگرگونی جای می‌گيرند. سنگ‌های آذرين از سرد شدن گدازه‌ی آتش‌فشان‌ها به وجود می‌آيند. سنگ‌های رسوبی پيامد فرسايش سنگ‌ها و انباشته شدن رسوب‌ها در درياها هستند. هنگامی که سنگی در فشار و گرمای زياد قرار گيرد، سنگ دگرگونی پديد می‌آيد.

سنگ‌ها و کانی‌ها

کره‌ی زمين از نظر ويژگی‌های فيزيکی ساختار لايه‌ای دارد. بخش مرکزی آن جامد است، بيش‌تر از آهن و نيکل درست شده و هسته‌ی درونی ناميده می‌شود. پيرامون هسته‌ی درونی را لايه‌ی مايعی از آهن و نيکل فراگرفته که هسته‌ی بيرونی نام دارد. پيرامون هسته‌ی بيرونی را لايه‌ای به نام گوشته در بر می‌گيرد که خود از لايه‌ا‌ی جامد و سخت به نام گوشته‌ی زيرين و لايه‌ای نرم‌تر و خميری به نام سست‌کره درست شده است. پيرامون گوشته را لايه‌ی نازک و جامدی به نام پوسته فراگرفته که بيش‌تر از سيليس، اکسيژن و آلومينيوم درست شده است. زمين‌شناسان به مواد طبيعی و بی ‌جان سازنده‌ی پوسته سنگ می‌گويند و بيرونی‌ترين لايه‌ی زمين را سنگ‌کره می‌نامند.

سنگ‌ها از يک يا چند کانی درست شده‌اند. کانی به موادی بی‌جان، جامد و بلوری گفته می شود که ترکيب شيميايی به نسبت ثابتی دارند. بيش از 3 هزار گونه کانی در طبيعت يافت شده است که نزديک 20 تا 25 گونه از آن‌ها در ساختمان بسياری از سنگ‌ها وجود دارند. بيش‌تر سنگ‌ها از چند کانی درست شده‌اند، مانند گرانيت که بخش زيادی از آن از سه کانی کوارتز، فلدسپات و بيوتيت است. هر گروه از سنگ‌ها نيز دارای کانی‌های مشخصی هستند که در گروه سنگ‌های ديگر وجود ندارند يا بسيار اندک هستند. برای نمونه، کانی هاليت فقط در سنگ‌های رسوبی ديده می ‌شود و در سنگ‌های آذرين يا دگرگونی ديده نمی ‌شود. کانی ولاستونيت نيز فقط در سنگ‌های دگرگونی يافت می شود. با اين همه، برخی از کانی ‌ها، مانند کوارتز، ممکن است در هر گونه سنگی وجود داشته باشند.

سنگ‌ها و کانی‌های آن‌ها

 سنگ‌های آذرين

هرچه بيش‌تر به ژرفای زمين برويم، دما بالاتر می ‌رود و در ژرفای زياد به اندازه‌ی می‌رسد که برای ذوب‌ شدن سنگ‌ها کافی است. با اين همه، مواد درونی زمين به حالت مذاب نيستند و فشار زيادی که از لايه‌های بالايی بر لايه‌های زيرين وارد می‌شود، از ذوب شدن سنگ‌ها جلوگيری می‌کند. اما در جاهايی از ژرفای زمين که به دليلی(برای نمونه، در پی جايه‌جايی ورقه‌های سنگ کره) از فشار کاسته می‌شود يا سنگ‌های سطحی زمين به زير سطح فرو می‌روند، سنگ‌ها ذوب می‌شوند. هر جايی که سنگ‌ها ذوب شوند، ماده‌ی مذاب، که ماگما نام دارد، به سوی بالا راه پيدا می‌‌کند و آرام آرام دمای آن کاهش می‌يابد و سنگ‌های آذرين را پديد می‌آورد.

ماگما ممکن است به بخش‌های بالايی پوسته نفوذ کند يا از راه شکاف‌ها و سوراخ‌ها به سطح پوسته راه يابد. ماگمايی که از سطح پوسته بيرون نمی‌زند به آهستگی و طی سال‌ها سرد می‌شود و سنگ‌های آذرين درونی را می‌سازد. به ماگمايی که از دهانه‌ی آتش‌فشان بيرون می‌آيد و به سطح زمين می‌رسد، گدازه می‌گويند. همه‌ی حجم گدازه‌ای که به سطح زمين می‌آيد، به حالت مذاب نيست و قطعه‌های ذوب نشده‌ی سنگ و کانی‌های بلوری را نيز در خود دارد. گدازه طی چند روز سرد می‌شود و سنگ‌های آذرين بيرونی را می‌سازد.

بررسی ترکيب شيميايی سنگ‌های آذرين و گدازه‌ی آتش‌فشان‌های فعال نشان داده است که ماگما يک ترکيب سيليکاتی با اندکی اکسيدهای فلزی ، بخار آب و مواد گازی است. سنگ‌های آذرين را بر پايه‌ی درصد اين مواد در سه گروه گرانيتی(اسيدی)، بازالتی(بازی) و آندزيتی(ميانه) جای می‌دهند. سنگ‌های آذرينی مانند ريوليت و داسيت را که محتوای سيليس آن‌ها بالاست، يعنی بيش از 63 درصد ₂ SiO دارند، از گروه سنگ‌های آذرين اسيدی به شمار می‌آورند. سنگ‌های آذرينی مانند آندزيت که بين 52 تا 63 درصد ₂ SiO دارند، از سنگ‌های آذرين ميانه و سنگ‌هايی مانند بازالت و گابرو را که محتوای سيليسی کم‌تری دارند، از سنگ‌های آذرين بازی هستند. برخی از سنگ‌های آذرين، مانند پريدوتيت، را که محتوای سيليسی آن‌ها بسيار پايين است، فرابازی می ‌دانند.

بافت سنگ‌های آذرين

زمين‌شناسان در بررسی‌های صحرايی، که ابزارهای پيچيده‌ی آزمايشگاهی در دسترس نيست، از اندازه و آرايش بلورهای سنگ، که بافت سنگ نام دارد، برای توصيف سنگ‌ها بهره می‌گيرند. اصطلاح بافت سنگ هنگام بررسی سنگ زير ميکروسکوپ نيز به کار می ‌رود. بافت سنگ آذرين علاوه بر اين که آن را از سنگ‌ها ديگر جدا می‌کند، ما را از درونی بودن يا بيرونی بودن آن و حتی ژرفايی که سنگ در آن‌جا از ماگما پديد آمده است، آگاه می‌سازد.

1. بافت نهان‌بلورين. بلورها را نمی‌توان با چشم غيرمسلح ديد. اگر بلورها به اندازه‌ای کوچک باشند که فقط با ميکروسکوپ‌ پولاريزان ديده شوند، اصطلاح ميکروکريستالين و اگر فقط با ميکروسکوپ الکترونی يا پرتوهای ايکس شناسايی شوند، اصطلاح کريپتوکريستالين را به کار می‌برند.

2. بافت آشکاربلورين. بلورها درشت و از 2 تا 5 ميلی ‌متر هستند. اين بافت زمانی پديد می‌آيد که ماگما به آهستگی درون زمين سرد شود.

3. بافت پگماتيتی. گونه‌ای از بافت آشکاربلورين است که اندازه‌ی بلورهای آن بزرگ‌تر از 5 سانتی‌متر و حتی چند متر است.

4. بافت پرفيری. گونه‌ای از بافت آشکاربلورين است که دارای بلورهای درشت در زمينه‌ای از بلورهای ريز است. اين بافت نتيجه‌ی سرد شدن آهسته زير سطح زمين و آمدن ناگهانی ماگما به سطح زمين است که نخست با پديدآمدن بلورهای درشت و سپس با بلورهای ريز همراهی می‌شود.

5. بافت سوراخ‌دار. در پی سرد شدن تند گدازه‌ای که گاز فراوان در خود دارد، بر سطح زمين پديد می‌آيد. سنگ‌پا نمونه‌ای از اين بافت است.

6. بافت شيشيه‌ای. در برخی فوران‌های آتش‌فشانی، گدازه به درون آب ريخته می‌شود و بسيار تند سرد می‌شود. اين گونه سنگ‌ها بلور ندارند و بافتی مانند شيشه دارند.

7. بافت آذرآواری. هنگامی که گدازه به صورت ذره‌های خاکستر به هوا پرتاب می‌شود و آن ذره‌ها به صورت لايه‌ای ته‌نشين می‌شوند، سنگ‌هايی را می‌سازند که ذره‌های سازنده‌ی آن‌ها آذرين، ولی ته‌نشينی آن‌ها شبيه سنگ‌های رسوبی است.

8. بافت آگلومرا. اگر اندازه‌ی ذره‌های پرتابی از دهانه‌ی آتش‌فشان بزرگ باشد، پس از ته‌نشين شدن به يکديگر جوش می‌خورند و سنگ يکپارچه‌ای را می‌سازند که آگلومرا ناميده می‌شود.

خانواده‌های سنگ‌های آذرين

سنگ‌های آذرين را بر پايه‌ی بافت، درصد سيليس، رنگ، چگالی، ترکيب شيميايی و در نظر داشتن ويژگی‌های ديگر، طبقه‌بندی می‌کنند.

1. خانواده‌ی گرانيت- ريوليت. گرانيت از شناخته‌شده‌ترين سنگ‌های آذرين درونی است که فراوانی و زيبايی آن پس از صيقل يافتن، باعث شده است که در معماری مورد توجه باشد. نام اين سنگ از واژه‌ی لاتين گرانوم به معنای دانه‌ی گندم گرفته شده است، زيرا بيش‌تر کانی‌های آن به اندازه‌ی دانه‌ی گندم است. بافت‌ آن از نوع آشکاربلورين است و بيش‌تر از فلدسپات پتاسيم‌دار، پلاژيوکلاز سديم‌دار و کوارتز درست شده است. کانی‌های بيوتيت، آمفيبول، هورنبلند و گاهی ميکای سفيد نيز در ساختمان آن ديده می‌شود.گرانيت‌ها به رنگ‌های سفيد، خاکستری و صورتی ديده می‌شوند که برخاسته از نوع فلدسپات آن‌هاست.

ريوليت از نظر نوع کانی‌ها با گرانيت تفاوت زيادی ندارد و در واقع گرانيتی است که بيرون از پوسته‌ی زمين پديد می‌آيد. ريوليت‌ها رنگ روشنی دارند و چون جهت‌يافتگی ماده‌ی مذاب را به آسانی می‌توان در آن‌ها شناسايی کرد، به اين نام خوانده می‌شوند( ريوليت به معنای جريان يافته است.) در اين خانواده سنگ‌هايی با بافت شيشه‌ای نيز وجود دارد که ابسيدين شناخته‌شده‌ترين آن‌هاست. اين سنگ تيره‌رنگ است و تيرگی آن به اين علت است که هيچ گونه بلوری در آن وجود ندارد. به سنگ‌های بيرونی با بافت سوراخ‌دار اين خانواده، پونس، پاميس يا سنگ‌پا می ‌گويند. توجه داشته باشيد که سنگ‌پا ممکن است در خانواده‌های ديگر نيز وجود داشته باشد.

2. خانواده‌ی گرانوديوريت- داسيت. گرانوديوريت يکی از فراوان‌ترين سنگ‌های آذرين درونی است که از نظر کانی ‌شناسی، در ميانه‌ی سنگ‌های گرانيتی و ديوريتی جای می‌گيرد. زيرا درصد کوارتز آن اندکی از گرانيت کم‌تر ولی از ديوريت اندکی بيش‌تر است. داسيت همانند بيرونی گرانوديوريت است. اين سنگ در ايران فراوان است و بيش‌تر به رنگ روشن ديده می شود.

3. خانواده‌ی ديوريت- آندزيت. ديوريت‌ها سنگ‌هايی هستند که بيش‌تر از فلدسپات‌ پلاژيوکلاز سرشار از کلسيم درست شده‌اند. اين سنگ‌ها اغلب کوارتز ندارند، اما گاهی اندکی کوارتز و فلدسپات پتاسيم‌دار نيز در ساختمان آن‌ها ديده می‌شود.کانی‌های تيره‌رنگ ديوريت‌ها اغلب آمفيبول، پيروکسن و بيوتيت است. آندزيت همانند بيرونی ديوريت است که به رنگ خاکستری تيره ديده می‌شود به صورت سنگ‌پا و آذرآواری نيز وجود دارد.

4. خانواده‌ی گابرو- بازالت. گابروها سنگ‌های تيره با چگالی به نسبت بالا هستند که بيش‌تر از پيروکسن و پلاژيوکلاز کلسيم‌دار درست شده‌اند. البته، ممکن است اندکی اليوين نيز در آن‌ها ديده شود. بازالت همانند بيرونی گابرو است. بازالت و گابرو 75 درصد سنگ‌های آذرين پوسته‌ی زمين را می‌سازند. بازالت سوراخ‌دار را اسکوری می‌گويند که شبيه سنگ‌پاست. بازالت شيشه‌ای نيز وجود دارد که به آن‌ها تاکی‌ليت می‌گويند. در پيرامون آتش‌فشان خاموش دماوند، به‌ويژه در کناره‌ی جاده‌ی هراز، می‌توان گونه‌های اسکوری، پرفيری و آگلومرای بازالتی را پيدا کرد.

5. خانواده‌ی پريدوتيت. پريدوتيت سنگی بسيار بازی است که بيش‌تر از کانی‌های آهن و منيزيم‌دار درست شده است.پريدوتيت‌ها چگالی بالايی دارند و رنگ آن‌ها تيره است. اليوين فراوان‌ترين کانی پريدوتيت‌هاست، اما ممکن است اندکی پيروکسن و حتی آمفيبول نيز در آن‌ها ديده شود. پريدوتيت‌ها سرشار از اليوين را دونيت گويند و پريدوتيت‌های سرشار از پيروکسن را پيروکسنيت می‌نامند. در صورتی که هم اليوين و هم پيروکسن را داشته باشند، لرزوليت خوانده می‌شوند. لمبورژيت، که بسيار کمياب است و از بلورهای ريز اوژيت(نوعی پيروکسن) و اليوين آهن‌دار درست شده است، همانند بيرونی پريدوتيت‌هاست و به رنگ قرمز قهوه‌ای ديده می ‌شود. کيمبرليت را نيز همانند بيرونی آن‌ها می‌دانند که سرشار از اليوين است و بلورهای ريز و اندکی گرونا(کانی دگرگونی) و الماس دارد.

سنگ‌های رسوبی

چهره‌ی زمين همواره در حال دگرگونی است و عامل‌هايی مانند نيروی گرانش، آب‌های جاری، موج‌های دريا، باد، يخچال‌ها و حتی انسان، همراه با کنش‌های شيميايی موادی مانند آب، اکسيژن، دی‌اکسيد کربن، اسيدها و مواد ديگر، باعث از هم‌پاشی ساختمان سنگ‌ها و خرد شدن آن‌ها می ‌شوند. خرده‌سنگ‌ها همراه با مواد محلول به جاهای پستی مانند درياها، درياچه‌ها، کنار رودخانه‌ها، غارها و جاهای ديگر می‌روند و در آن‌جا ته‌نشين می‌شوند. مواد ته‌نشين شده، که رسوب ناميده می‌شوند، در اثرعامل‌های گوناگونی، مانند فشار و گرما، به هم پيوسته می شوند و سنگ‌های سخت و يکپارچه‌ای را می‌سازند که به آن‌ها سنگ‌های رسوبی می‌گويند.

سنگ‌های رسوبی به علت لايه‌لايه بودن و نيز داشتن برجای ‌مانده‌هايی از جانداران گذشته، به زمين‌شناسان کمک می‌کنند تاريخ گذشته‌ی زمين را بازسازی کنند. سنگ‌های رسوبی در مقايسه با سنگ‌های آذرين و دگرگونی بخش کم‌تری از پوسته‌ی زمين را می ‌سازند، اما چون در سطح زمين ساخته می ‌شوند، بخش زيادی از سطح قاره‌ها را پوشانده‌اند. اين سنگ‌ها جای انباشته شدن و جابه‌جايی آب‌های زيرزمينی هستند و به دليل اندوخته‌های زغال‌سنگ، نفت و گاز، نمک، کانی‌های آهن‌دار و ديگر کانی‌هايی که در صنعت ارزش دارند، بسيار مورد توجه هستند.

رسوب‌گذاری

هنگامی که انرژی يک رود زياد است، بستر خود و هر چه را که در راه آن است، خراب می‌کند و خرده‌ها را به خود جابه‌جا می‌کند. هنگامی که از انرژی رود کاسته می‌شود، برای نمونه هنگامی که شيب بستر کاهش می‌يابد يا حجم آب کاهش می‌يابد، توان جابه‌جايی مواد همراه خود را از دست می دهد و ته‌نشينی آن مواد آغاز می شود. آن مواد رسوبی ممکن است ذره‌های حاصل از خرد شدن سنگ‌های آذرين، دگرگونی و حتی رسوبی باشند. به اين گونه رسوب‌ها رسوب‌های آواری می‌گويند.کوارتز، فلدسپات، کانی‌های سنگين و سپس ميکاها و کانی‌های رسی ، از ذره‌های رسوب‌های آواری هستند.

برخی از رسوب‌ها پيامد فرايندهای شيميايی و زيست‌شيميايی هستند. رسوب‌های آهکی درون غارها و رسوب‌های ژيپس و نمک خوراکی، از نمونه‌های فراوان فرسايش شيميايی هستند. پوسته‌ی آهکی برخی از جانداران دريايی پس از مرگ در کف دريا ته‌نشين می‌شود و بخشی از سنگ‌های رسوبی می شود. اين پوشش‌ها حاوی کانی‌هايی از کربنات‌های کلسيم، منيزيم، سيليسيم و گاهی فسفات‌ها، سولفيدها و اکسيدهای آهن هستند. برخی از سنگ‌های رسوبی حاصل از آن‌ها در معماری ارزش بسيار دارند.

فعاليت‌های آتش‌فشان‌های دريايی و قاره‌ای باعث پرتاپ شدن ذره‌های گوناگونی به صورت خاکستر، غبار، تکه‌های کوچک و بزرگ و ماده‌ی مذاب به پيرامون آتش‌فشان می‌شود. اين ذره‌ها روی‌هم انباشته می‌شوند و در پی فرايند فرسايش فيزيکی و شيميايی به جاهای رسوب‌گذاری برده می‌شوند اين گونه رسوب‌ها را که خاستگاه آتش‌فشانی دارند، رسوب‌های آذرآواری گويند. از برخورد شهاب‌سنگ‌ها و گذر دنباله‌دارها از نزديکی زمين نيز اندکی مواد رسوبی با خاستگاه فرازمينی به محيط‌های رسوبی وارد می‌شود. حجم اين رسوب در زمانی که جو زمين رقيق بوده، قابل توجه بوده است.

رسوب‌ها در شرايط معينی در درياها و خشکی‌ها ته‌نشين می‌شوند. اين شرايط در جاهای گوناگونی فراهم می‌شوند که از آن‌ها با نام محيط رسوبی ياد می‌کنند. اين محيط‌ها عبارتند از:

1. مخروط افکنه. در دامنه‌ی کوه‌ها و جای برخورد کوه با دشت به وجود می‌آيد. مواد سازنده‌ی آن قلوه‌سنگ، ريگ و گاهی ذره‌های رس است. ذره‌های رسوبی آن جورشودگی و گردشدگی ضعيفی دارند. لايه‌های سازنده‌ی آن نيز متقاطع و نامنظم روی هم قرار گرفته‌اند.

2. دشت سيلابی. در زمين‌های به نسبت هموار پيرامون رودها به وجود می‌آيد. در زمان سيل و طغيان، رودخانه تا آن جا گسترش می‌يابد. ماسه‌هايی با جورشدگی به نسبت خوب همراه با توده‌هايی از گل و لای و رس در آن ديده می‌شوند. فسيل‌های نرم‌تنان آب شيرين و شاخ و برگ درختان نيز درون آن‌ها يافت می‌شود. گاهی دارای لايه‌های متقاطع هستند.

3. دلتا. در جای برخورد رود با دريا يا درياچه به وجود می‌آيد. ماسه‌هايی با جورشدگی وگردشدگی خوب، با لايه‌های موازی و در بيش‌تر جاها متقاطع، در آن‌ها ديده می ‌شود. فسيل نرم‌تنان آب شور و شاخ و برگ گياهان نيز درون آن‌ها ديده می‌شود.

4.تلماسه‌ی ساحلی. در کناره‌ی درياهايی که رطوبت کمی دارند به وجود می ‌آيد. ذره‌هايی با جورشدگی و گردشدگی خوب و لايه‌های متقاطع، در آن‌ها ديده می‌شود.

5. محيط کولابی. رسوب‌گذاری در درياچه‌هايی که در اقليم خشک بيابانی به وجود آمده‌اند، بيش‌تر از رسوب‌گذاری شيميايی است. نمک‌های گوناگونی مانند ژيپس، انيدريت، نمک خوراکی، همراه با رسوب‌های سيلتی تيره رنگ که گاهی از مواد آلی سرشار است، در آن‌ها ته‌نشين می‌شود.

6. محيط ساحلی. جايی است که هنگام جزر از آب بيرون می‌ماند و هنگام مد زير آب می‌رود. رسوب‌های آن درشت و ريز هستند و از قطعه‌سنگ‌های بزرگ تا گل نرم در ميان آن‌ها ديده می‌شود. برجای ‌مانده‌های صدف نرم‌تنان و اسکلت آهکی مرجان‌ها نيز درون آن‌ها يافت می‌شود.

7. فلات قاره. جايی است که از سطح آب به هنگام جزر آغاز می‌شود و تا ژرفای 200 متر ادامه می‌يابد. رسوب‌های اين محيط از نظر ويژگی و پراکنش گوناگونی زيادی دارند، زيرا شدت موج‌ها و جريان‌های دريايی و ورودی رودها در اين جا متفاوت است. در اين‌جا ماسه فراوان است. در دهانه‌ی رود لای و رس نيز فراوان است. رسوب‌های آهکی نيز به فراوانی ديده می‌شود. هم‌چنين صخره‌های مرجانی در آن‌جا به وجود می‌آيد.

8. محيط عميق. از ژرفای 200 متر به پايين دريا گفته می‌شود. دارای دو نوع رسوب اصلی است: رسوب‌های بسيار دانه‌ريزی که از قاره‌ها آمده‌اند، اما به دليل سبکی در جاهای کم‌عمق رسوب نکرده‌اند. اين مواد را گل‌های دريايی می‌گويند که رنگ‌ آن‌ها ممکن است سبز، آبی ، قرمز يا زرد باشد. نوع ديگر رسوب‌های اين محيط از دسته‌ی رسوب‌های آلی و بيش‌تر از برجای‌ مانده‌های اسکلت جانداران ريز دريايی، يعنی پلانکتون‌ها، است که پوشش آهکی يا سيليسی دارند.

دياژنز: سنگ‌زايی

پس از انباشته شدن رسوب‌ها در محيط‌های رسوبی ممکن‌ است فرايندهای فيزيکی و شيميايی گوناگونی در آن‌ها رخ دهد که به سنگ‌شدن آن‌ها بينجامد. به مجموعه‌ی فرايندهای فيزکی و شيميايی که پس از رسوب‌گذاری و طی روند سنگ‌شدن رخ می‌دهد، دياژنز يا سنگ‌زايی می‌گويند. عامل‌ها و فرايندهای زير در روند سنگ‌زايی دخالت دارند:

1.گرما. هر چه از سطح زمين به پايين برويم، گرما افزايش می ‌يابد. افزايش گرما بر سرعت واکنش‌های شيميايی می ‌افزايد و بيرون رفتن آب و خشک شدن رسوب‌ها را ممکن می‌سازد.

2. فشار. وزن رسوب‌های بالايی فشاری پديد می‌آورد که مهم‌ترين عمل فيزيکی در سخت‌شدن رسوب‌هاست. فشار روی رسوب‌های لای و رس بيش‌تر اثر می‌گذارد. فشار در بيرون رفتن آب و خشک‌شدن رسوب‌ها نيز اثر دارد.

3. از دست دادن آب. گرما و فشار برآمده از وزن لايه‌های بالايی باعث خشک شدن رسوب می شود، اما از دست دادن آب در دمای معمولی روی سطح زمين نيز رخ می‌دهد.

4. سيمانی شدن. آب‌های زيرزمينی هنگام جابه‌جا شدن از بين سوراخ‌ها و شکاف‌های ميان رسوب‌ها، مواد محلول در خود را به صورت سيمان بين ذره‌های رسوبی جا می‌گذارند که باعث به هم ‌پيوستن آن‌ها می‌شود. گاهی سيمان از خود رسوب‌ها فراهم می‌شود.

5. بلوری شدن دوباره. در اين فرايند يک کانی به حالت پايدارتری درمی‌آيد. برای نمونه، صدف جانداران دريايی به صورت آراگونيت است، اما پس از مرگ جاندار به صورت کلسيت در می‌آيد که پايدارتر است. در اين فرايند تغييری در ترکيب شيميايی کانی رخ نمی‌دهد، اما بلوری‌شدن دوباره باعث پر شدن سوراخ‌ها و شکاف‌های خالی می‌شود.

6. واکنش‌های زيست‌شيمايی. در ژرفای 75 متری، هر گرم لجن کف دريا نزديک 63 ميليون باکتری در خود دارد. اين باکتری‌ها در پديد آمدن نفت، زغال‌سنگ و کانی‌هايی چون دولوميت پيريت نقش دارند. برای نمونه، باکتری‌های ناهوازی اکسيژن مورد نياز خود را از ترکيب‌های سخت نشده‌ای مانند ₄ FeSO به دست می‌آورند و مواد سختی مانند FeS را برجای می‌گذارند.

7. زمان. به تنهايی در سنگ‌شدن رسوب‌ها نقش ندارد، اما نقش عامل‌های ديگر طی زمان پر رنگ می‌شود. برای نمونه، رسوب‌های نرم گل‌ سفيد اگر چند لحظه در فشار 6000 اتمسفر بمانند، تغيير چندانی پيدا نمی‌کنند، اما اگر برای 17 سال در همين فشار بمانند، سنگ آهک سختی می‌شوند.

بافت سنگ‌های رسوبی

از بافت سنگ‌های رسوبی می‌توان چيزهايی درباره‌ی سرگذشت سنگ رسوبی، از جمله راهی که طی کرده است و چگونگی محيط رسوب‌گذاری، برداشت کرد. سه نوع بافت اصلی را در سنگ‌های رسوبی می ‌توان شناسايی کرد: بافت آواری و دو بافت ناآواری که بلورين و اسکلتی ناميده می‌شوند.

1. بافت آواری. از ذره‌های ريز و درشت درست شده است. در اين بافت علاوه بر اندازه‌ی ذره‌ها، ميزان يک اندازه بودن ذره‌ها، که به آن جورشدگی می‌گويند، نيز مورد توجه است. از ميزان جورشدگی می‌توان اطلاعاتی پيرامون فرايند رسوب‌گذاری و محيط رسوب‌گذاری به دست آورد. برای نمونه، رسوب‌های بادی دارای جورشدگی خوب و رسوب‌های يخچالی دارای جورشدگی اندک هستند. ميزان گردشدگی ذره‌ها نيز مهم است که به سختی و جنس ذره‌ها، ميزان برخوردهاييکه ذره‌ها با هم داشته‌اند، درازی راهی که طی شده و انرژی جابه‌جا کننده، بستگی دارد.

2. بافت بلورين. اين بافت را در سنگ‌های رسوبی شيميايی می‌توان ديد. طی فرايند سنگ‌زايی، مواد محلول در آب به طور مستقيم بلوری می‌شوند يا در پی بلوری‌شدن دوباره، شبکه‌ی به هم‌پيوسته‌ای از بلورهای از پيش موجود، پديد می‌آيد. بلورها ممکن است با چشم ديده شوند(درشت‌بلور) يا برای ديدن آن‌ها به ميکروسکوپ نياز باشد(ريز‌بلور). اگر بلورهای سنگ از دو اندازه‌ی متفاوت باشند، اصطلاح پورفيروبلاستيک را برای آن بافت به کار می‌برند.

3. بافت اسکلتی. اين بافت از گردهم‌آمدن بخش‌های سخت بدن بی‌مهرگان دريايی و پوشش‌های سيليسی يا آهکی پلانکتون‌ها به وجود می‌آيد. صدف‌ها و پوشش‌های سخت پس از مرگ جانداران روی هم انباشته می‌شوند و گاهی سيمانی آن‌ها را به هم پيوند می‌دهد. بافت سنگ به دست آمده شبيه بافت آواری است، اما ذره‌های سازنده‌ی آن بخش‌های سخت جاندارن است.

خانواده‌های سنگ‌های رسوبی

سنگ‌های رسوبی را در دو گروه سنگ‌های آواری(ناشی از فرسايش فيزيکی) و ناآواری(ناشی از فرسايش شيميايی و زيست‌شيميايی) جای می‌دهند. سنگ‌های آواری را بر پايه‌ی اندازه‌ی ذره‌ها در چهار خانواده‌ی بزرگ‌تر از ماسه، به اندازه‌ی ماسه، به اندازه‌ی لای و کوچک‌تر از لای طبقه‌بندی می‌کنند.

1. بزرگ‌تر از ماسه: ذره‌های آن از 2 ميلی‌متر بزرگ‌تر است.

الف) کنگلومرا، که ذره‌های آن کم و بيش گرد شده است و در ميان سيمانی از سيليس، آهک يا رس جای گرفته‌اند.

ب) برش که ذره‌های آن گوشه‌دار است و جورشدگی خوبی ندارند و در پی فعاليت‌های ورقه‌های قاره‌ای، فعاليت‌های آتش‌فشانی يا رسوب‌گذاری در يخچال‌ها پديد می‌آيند.

2. به اندازه‌ی ماسه: ذره‌های آن بين 06/0 تا 2 ميلی‌متر است.

الف) ماسه‌سنگ‌های کوارتزی، که بيش از 90 درصد ذره‌های آن از کوارتز است.

ب) آرکوز، که 25 درصد ذره‌های آن از فلدسپات‌ها و بيش از 50 درصد آن از کوارتز است.

ج) گريواک، که بخش زيادی از آن از کوارتز و فلدسپات‌هاست، اما کانی‌های تيره‌ای مانند ميکا، هورنبلند و پيروکسن نيز در آن ديده می‌شود.

3. به اندازه‌ی لای: ذره‌های آن بين 06/0 تا 002/0 ميلی‌متر است.

الف) لای ‌سنگ، از ذره‌های کوارتز درست می‌شودکه سيمانی از جنس سيليس، آهک يا حتی رس آن‌ها را به هم پيوند می‌دهد. به اين سنگ‌ها سنگ سيلتی يا فورش‌سنگ نيز می‌گويند و اگر نيمی از ذره‌های آن‌ها از رس باشد، به آن‌ها گل‌سنگ نيز گفته می‌شود.

ب) لس، در پی سخت شدن رسوب‌های بادی به وجود می‌آيد. لس‌ها به طور معمول زردرنگ هستند و ذره‌های آن‌ها بيش‌تر از کوارتز، فلدسپات، کلسيت، ميکا، کانی‌ها آهن‌دار و کانی‌های رسی است.

4. کوچک‌تر از لای: ذره‌های آن از 002/0 ميلی‌متر کوچک‌تر است.

الف) سنگ‌های رسی، بيش از نيمی از ذره‌های آن‌ها از ذره‌هايی به اندازه‌ی لای کوچک‌تر است. کانی‌های رسی (سيليکات‌های آبدار)، کوارتز، فلدسپات و ميکا به فراوانی در آن‌ها ديده می‌شود.

ب) مارن، گونه‌ای سنگ رسی است که ميزان کربنات کلسيم آن بين 25 تا 50 درصد است. اغلب مارن‌ها به رنگ خاکستری ديده می‌شوند، در خود فسيل دارند و با اسيدکلريدريک می‌جوشند.

ج) شيل، به گروهی از سنگ‌های رسی يا حتی لای‌سنگ‌ها گفته می‌شود که در پی فشارهای کوه‌زايی، کم و بيش حالت ورقه‌ای از خود نشان می‌دهند. شيل‌ها در خود فسيل دارند و از برخی از آن‌ها، که شيل نفتی ناميده می‌شوند، پس از تقطير نفت به دست می‌آيد.

سنگ‌های ناآواری را نيز در چهار خانواده‌ی سنگ‌های آهکی، سنگ‌های سيليسی، سنگ‌های اشباعی و زغال‌سنگ‌ها جای می‌دهند.

1. سنگ‌های آهکی: بيش از نيمی از ترکيب آن‌ها را کربنات کلسيم می‌سازد.

الف) سنگ‌ آهک معمولی، بيش از 90 درصد آن از کربنات کلسيم است. به رنگ شيری تا کرم ديده می‌شود. هنگام شکستن دارای لبه‌های تيز می‌شود.

ب) چاک(گل سفيد)، سنگ آهک نرم و سفيدی است که بيش‌تر از اسکلت جانداران ميکروسکوپی درست شده است.

ج) کوکينا، به طور کامل از صدف جاندران دريايی درست شده است.

د) تراورتن، سنگ آهک به نسبت خالصی است که در خشکی‌ها ديده می‌شود و از رسوب‌گذاری آب چشمه‌های حاوی کربنات کلسيم درست می‌شود.

ه) دولوميت، سنگ آهکی است که اندکی منيزيم دارد. در مقايسه با سنگ آهک معمولی تيره‌تر است و اسيدکلريدريک رقيق بر آن بی ‌اثر است.

2. سنگ‌های سيليسی: بيش از نيمی از ترکيب آن‌ها را سيليس شيميايی يا زيستی می‌سازد.

الف) چرت، نوعی سنگ سيليسی با دانه‌های ريز که فلينت(سنگ آتش‌زنه)، ژاسب(چت قرمز) و سنگ محک(چرت سياه) از نمونه‌های شاخص آن است.

ب) دياتوميت، بيش از نيمی از ترکيب آن را پوسته‌ی جانداران تک‌سلولی به نام دياتومه می‌سازند.

ج) تريپولی، يا سنگ سمباده که بيش‌تر از کلسدونی درست شده و از هوازدگی ديگر سنگ‌های سيليسی به وجود می‌آيد.

3. سنگ‌های اشباعی: از ته‌نشينی يون‌ها در محيط‌های رسوبی پديد می‌آيند.

الف) سنگ نمک، از کانی هاليت درست شده و اگر ناخالصی‌هايی از اکسيدهای آهن يا رس داشته باشد، به رنگ زرد تا قرمز در می‌آيد.

ب) سنگ گچ، از سولفات کلسيم درست شده و به دو صورت بی‌آب(انيدريت) و آب‌دار(ژيپس) يافت می ‌شود.

4. زغال‌سنگ‌ها: از پيکره‌ی گياهان که در لابه‌لای رسوب‌ها جای گرفته‌اند، درست می‌شوند.

الف) تورب، بين 45 تا 60 درصد کربن دارد و آن را زغال‌سنگ نارس می‌دانند.

ب) ليگنيت، بين 60 تا 70 درصد کربن دارد و به رنگ قهوه‌ای تيره است.

ج) زغال‌سنگ معمولی، بين 70 تا 90 درصد کربن دارد و به رنگ سياه براق است.

د) آنتراسيت، بين 90 تا 95 درصد کربن دارد. براق و سياه‌رنگ است، اما دست را سياه نمی‌کند.

ه) گرافيت، کربن 100 درصد خالص است که به صورت ورقه‌های نازک روی هم جای گرفته‌اند.

سنگ‌های دگرگونی

برخی سنگ‌ها در پی فشار و گرمای زياد، بی‌آن‌که ذوب شوند، دگرگونی‌های فيزيکی و شيميايی پيدا می‌کنند و سنگ‌های ديگری به نام سنگ‌های دگرگونی را پديد می‌آورند. سنگ دگرگونی ممکن است نسبت به سنگ مادر، شکل، اندازه، نوع کانی‌ها و در نتيجه بافت و ترکيب شيميايی بسيار تازه‌ای داشته باشد. هر چه گرما و فشاری که به سنگ‌ها وارد می شود، کم‌تر باشد، دگرگونی آن‌ها کم‌تر است که از آن به دگرگونی ضعيف ياد می‌شود. به وجود آمدن گرافيت و برخی زغال‌سنگ‌ها از اين گونه است. اما هر چه گرما و فشاری که به سنگ وارد می ‌شود، بيش‌تر باشد، دگرگونی‌ها نيز بيش‌تر خواهد بود که از آن به دگرگونی شديد ياد می‌شود. به وجود آمدن الماس نمونه‌ی از دگرگونی بسيار شديد است.

علاوه بر فشار و گرما، برخی سيال‌ها نيز در فرايند دگرگونی دخالت دارند. بررسی‌ها نشان داده است که همه‌ی سنگ‌ها به طور ميانگين 5/3 درصد دی ‌اکسيدکربن و 5/5 درصد آب دارند. طی دگرگونی، آب و دی‌اکسيد کربن سيال فعالی را به وجود می‌آورند که البته نقش آب پر رنگ‌تر است. بررسی‌ها نشان داه است که فشار و گرمای زياد در بسياری از سنگ‌ها هيچ گونه دگرگونی به وجود نمی‌آورند، اما اگر به سنگی که در فشار و گرمای زياد است، اندکی آب افزوده شود، برخی کانی‌ها با تندی بيش‌تر رشد می‌کنند و حتی کانی‌های جديدی در سنگ به وجود می‌آيد. چرا که آب به جدا شدن برخی يون‌ها از کانی‌ها و جابه‌جا شدن آن‌ها در سنگ کمک می‌کند.

سنگ‌های دگرگونی به روش‌های زير پديد می‌آيند:

1. دگرگونی مجاورتی. گاهی سنگ مادر در کنار توده‌ی آذرين قرار می‌گيرد. در اين صورت، در جای برخورد آن با توده‌ی داغ، بلوری‌شدن دوباره و دگرگونی شديد رخ می‌دهد. اما با زياد شدن فاصله از توده‌ی آذرين از شدت دگرگونی کاسته می‌شود.

2. دگرگونی جنبشی. اين نوع دگرگونی در پی فشار جهت‌دار و گرمای فراهم شده از انرژی مکانيکی هنگام شکستن سنگ‌ها رخ می‌دهد. در جای گسل‌ها، که شرايط اين دگرگونی را دارند، سنگ دانه ريز و سياه‌رنگی به نام ميلونيت پديد می‌آيد.

3. دگرگونی دفنی. اين نوع دگرگونی در پی انباشته شدن پيوسته‌ی رسوب‌ها در کف محيط‌های رسوبی به وجود می‌آيد. لايه‌های زيرين در پی فشار وزن رسوب‌ها فشرده می شوند و سنگ‌های رسوبی را پديد می‌آورند. اما لايه‌های بسيار پايين‌تر، در پی فشار و گرمای زياد رفته‌رفته دگرگون می‌شوند.

4. دگرگونی گرمابی. در اين دگرگونی آب بسيار داغ نقش مهمی دارد. اين آب ممکن است از ماگما يا آب‌ها زيرزمينی باشد. در اين دگرگونی گاهی موادی به سنگ مادر افزوده يا از آن برداشت می شود.

5. دگرگونی برخوردی. در پی برخورد سنگ‌های آسمانی بزرگ بر سطح زمين رخ می‌دهد. اين نوع دگرگونی در زمين کمياب است، اما در سطح ماه و مريخ به فراوانی رخ می‌دهد.

6. دگرگونی ناحيه‌ای. اين نوع دگرگونی نتيجه‌ی همه‌ی عامل‌هايی است که در دگرگونی سنگ‌ها از آن‌ها نام برديم. بيش‌تر سنگ‌های دگرگونی نيز به همين روش به وجود می‌آيند. اين نوع دگرگونی اغلب در فرورانش ورقه‌های سنگ‌کره رخ می‌دهد. در ايران در راستای رشته کوه زاگرس از سنندج تا حاجی‌آباد(شمال بندر عباس)اين نوع دگرگونی ديده می ‌شود و بخش زيادی از سنگ‌های دگرگونی که در کارهای ساختمانی کاربرد دارند، از معدن‌های همين ناحيه به دست می‌آيد.

بافت سنگ‌های دگرگونی

سنگ‌های دگرگونی به دليل فشار همه‌سويه‌ای که به آن‌ها وارد می‌شود، بسيار متراکم هستند و حجم فضاهای خالی در آن‌ها بسيار پايين است. دگرگونی جنبشی بيش از همه باعث بر هم ‌خوردن بافت اوليه‌ی سنگ می‌شود. طی دگرگونی کانی‌های دانه‌ريز با هم يکی می‌شوند و کانی‌های دانه‌درشت‌تری به وجود می‌آورند. گاهی نيز، به‌ويژه در دگرگونی جنبشی، دانه‌ها شکسته می‌شوند و دانه‌های ريزتری به وجود می‌آيد. با بلوری شدن دوباره و رشد دانه‌ها، ديواره‌ی بين دو کانی کنارهم، حالت دندانه‌ای و مضرس به خود می‌گيرد. اين بافت را مضرسی يا درهم و گاهی دانه‌قندی می‌گويند. فشار جهت‌دار عمودی نيز باعث جهت‌يافتگی کانی ‌ها به صورتی می‌شود که سنگ نمای لايه‌ای يا نواری پيدا می‌کند که از آن به فولياسيون ياد می‌شود.

خانواده‌های سنگ‌های دگرگونی

سنگ‌های دگرگونی را بر پايه‌ی جهت‌يافتگی در دو گروه دارای جهت‌يافتگی و بدون جهت‌يافتگی جای می‌دهند.

1. سنگ‌هايی که کانی‌ها آن‌ها جهت‌يافتگی دارند: اين سنگ‌ها مانند سنگ‌های رسوبی نمای لايه‌ای دارند.

الف) اسليت، در پی دگرگون شدن ضعيف شيل‌ها پديد می‌آيد. کانی‌های رسی،کوارتز، مسکوويت و کلريت از کانی‌های اصلی آن هستند.

ب) فيليت، در پی دگرگون شدن ضعيف شيل‌هايی پديد می‌آيد که کانی‌ها ورقه‌ای بزرگ‌تری دارند. اين سنگ با داشتن سطح براق از اسليت بازشناخته می‌شود.

ج) شيست، از دگرگون شدن شديد شيل‌ها پديد می‌آيد. بيش از نيمی از کانی‌های آن را کانی‌های ورقه‌ای مانند مسکوويت و بيوتيت تشکيل می‌دهند. دوگونه از شيست‌ها، تالک‌شيست و کلريت‌شيست، از دگرگونی سنگ‌های بازالتی پديد می‌آيند.

د) گنايس، فراوان‌ترين سنگ دگرگونی است. سنگ مادر آن ممکن است گرانيت، ريوليت، سنگ‌هايی با دگرگونی ضعيف و سنگ‌های رسوبی، مانند آرکوز، باشد. کانی‌های اصلی گنايس‌ها از کوارتز، فلدسپات سديم‌دار و فلدسپات پتاسيم‌دار است. بيش‌تر آن‌ها نوارهای يک‌درميانی از رنگ سفيد يا صورتی و لايه‌های تيره دارند. گنايسی که بيش‌تر از کانی‌ها تيره درست شده باشد، آمفيبوليت نام دارد.

2. سنگ‌هايی که کانی‌های آن‌ها جهت‌يافتگی ندارند: اين سنگ‌ها مانند سنگ‌های آذرين نمای توده‌ای دارند.

الف) مرمر، از دگرگونی سنگ‌های آهکی و دولوميت پديد می‌آيد. اگر خالص باشد به رنگ سفيد برفی و اگر دارای کانی‌هايی مانند ميکا، گرونا، ولاستونيت و کلريت باشد، به رنگ‌های سبز، صورتی، خاکستری و حتی سياه ديده می‌شود.

ب) کوارتزيت، در پی دگرگونی نه چندان شديد ماسه‌سنگ کوارتزی پديد می‌آيد. کوارتزيت خالص سفيدرنگ است اما اکسيدهای آهن آن را صورتی يا قرمز می‌کنند.

ج) هورنفلس، از دگرگونی مجاورتی سنگ‌های رسی پديد می‌آيد. بافت مضرس و رنگ تيره‌ای دارد.

چرخه‌ی سنگ

طی زمان دراز و در پی واکنش‌های شيميايی، فيزيکی و زيستی، هر سه گروه سنگ‌ها می‌توانند به هم تبديل شوند. سنگ‌های آذرين از سرد شدن ماده‌ی مذاب به وجود می‌آيند. اگر فرياند سرد شدن ماده‌ی مذاب زير پوسته‌ی زمين رخ دهد، سنگ‌های آذريت درونی پديد می‌آيند. سنگ‌ها آذرين بيرونی از سرد شدن گدازه نزديک يا روی سطح زمين به وجود می‌آيند. زمين شناسان بر اين باورند که سنگ‌های آغازين زمين همه از نوع آذرين بوده‌اند، چرا که زمين در آغاز توده‌ای از ماده‌ی مذاب بوده است.

سنگ‌های آذرين در برخورد با هوا و آب دچار هوازدگی و فرسايش می‌شوند و به صورت ذره‌های کوچک‌تری می‌شکنند و خرد می‌شوند. آن ذره‌ها در پی نيروی گرانش، آب‌های جاری، يخچال‌ها، موج‌ دريا و باد جابه‌جا می‌شوند و به محيط‌های رسوب‌گذاری، به‌ويژه درياها و درياچه‌ها، می‌روند. طی اين جابه‌جايی نيز بيش از پيش خرد می‌شوند. رسوب‌ها در محيط‌های رسوب‌گذاری به صورت لايه‌های موازی و افقی روی هم انباشته می‌شوند و طی فرايند سنگ‌زايی، سخت می‌شوند و سنگ‌های رسوبی را پديد می‌آورند.

اگر سنگ‌های رسوبی در ژرفای زيادی جای گرفته باشند، در پی فشار وزن لايه‌های بالايی يا فشار فراهم شده از جابه‌جايی ورقه‌های زمين و گرمای درون زمين، آرام‌آرام دگرگون می‌شوند و سنگ‌های دگرگونی را می‌سازند. سنگ‌های دگرگونی نيز اگر گرمای بيش‌تری ببينند، ذوب می‌شوند و ماگما می‌سازند. از سرد شدن ماگما نيز بار ديگر سنگ آذرين پديد می‌آيد.

اين چرخه‌ی سنگ، که از آغاز پديد آمدن زمين همواره ادامه داشته است، بيش از 200 سال پيش از سوی جيمز هاتن پيشنهاد شد. او با گردآوری يافته‌های زمين‌شناسان پيش از خود به اين نتيجه دست يافت. اين چرخه با افزايش آگاهی دانشمندان از فرايند زمين‌ساخت ورقه‌ای بيش از پيش روشن‌تر شد. اين چرخه ميان‌برهايی نيز دارد. برای نمونه گاهی سنگ آذرين بی آن که هوازده شود و سنگ رسوبی پديد آورد، در پی گرما و فشار به سنگ دگرگونی تبديل می‌شود. جای برخورد ورقه‌های قاره‌ای نمونه‌ای از جاهايی است که اين فرايند در آن رخ می‌دهد.

منبع:

1. حسينی ، احمد. سنگ‌ها. انتشارات مدرسه، 1385

2. لوتگن/تاربوک. مبانی زمين‌شناسی. ترجمه‌ی رسول اخروی. انتشارات مدرسه، 1378

3. درويش‌زاده، علی. سنگ‌شناسی دگرگونی. انتشارات دانشگاه پيام‌ نور، 1379

4. پروين، حسين. سنگ‌شناسی رسوبی. انتشارات دانشگاه پيام‌ نور، 1379

5.خيری، فلوريز. سنگ‌شناسی آذرين. انتشارات دانشگاه پيام‌ نور، 1379

6. معماريان، حسين. زمين‌شناسی فيزيکی. انتشارات دانشگاه پيام‌ نور، 1370

7. سرابی، فريدون/ايران‌پناه، اسد/ زرعيان، سيروس. سنگ‌شناسی. انتشارات دانشگاه تهران، 1356

8. همبلين، کنت/ هاوارد، جيمز. شناسايی مقدماتی سنگ‌ها. انتشارات مدرسه، 1370

حق هر گونه نشر کاغذی و الکترونيک اين مقاله، برای جزيره‌ی دانش محفوظ است.