petrologia

petrologia

[gr.],

nauka o skałach, ich właściwościach fiz. i chem., budowie, powstawaniu, przeobrażaniu się i występowaniu w skorupie ziemskiej i płaszczu Ziemi;

zajmuje się także badaniem skał pochodzących z powierzchni Księżyca i in. ciał z przestrzeni kosmicznej. Wchodzi w skład nauk geol., jest ściśle związana z mineralogią, geochemią i meteorytyką; służy rozwiązywaniu problemów geologii dynamicznej, zwłaszcza tektoniki, sedymentologii i wulkanologii, a także problemów geologii regionalnej i geofizyki, odgrywa ważną rolę w poszukiwaniu złóż i surowców skalnych; p. jest przydatna w technice, włącza się też w problematykę historii sztuki i archeologii, bada bowiem przyczyny i skutki niszczenia zabytków kultury materialnej, określa lokalizację złóż stosowanych dawniej surowców skalnych.

Pojęcie „petrologia” pojawiło się na pocz. XX w. jako określenie dyscypliny nauk. o szerszym zakresie badawczym, niż istniejąca już w 2. poł. XIX w. petrografia, która wyłoniła się dzięki zastosowaniu przez bryt. petrografa H. Sorby’ego (1858) mikroskopu polaryzacyjnego do badań skał. Już pod koniec XIX i na pocz. XX w. pojawiły się specjalistyczne podręczniki poświęcone petrografii, autorstwa F. Zirkela (1863), H.K. Rosenbuscha (1873), A. Michel-Lévy’ego i F. Fouquégo (1879) oraz F.J. Lewinson-Lessinga (1900).

W miarę postępu wiedzy o skałach, zainteresowania badaczy zaczęły obejmować coraz większe kręgi zagadnień geol., związanych z genezą i ewolucją skał. Najwcześniej w tym kierunku rozwinęły się badania skał magmowych, do czego na przeł. XIX i XX w. przyczyniły się prace: W.C. Bröggera, A. Lacroix, J.P. Iddingsa, H.S. Washingtona oraz rozpoczęte wówczas eksperymenty laboratoryjne, dotyczące syntezy skał i ich składników miner.; pionierami w tej dziedzinie byli: G.A. Daubreé, Michel-Lévy, a także J. Morozewicz. W XX w. szczególnie duży wkład do rozwoju tej gałęzi wiedzy wniosły prace nad przebiegiem krystalizacji syntet. stopów krzemianowych i badaniem warunków fiz. i chem. trwałości minerałów, prowadzone w Laboratorium Geofiz. Inst. A. Carnegiego w Waszyngtonie.

P. skał magmowych, która rozwinęła się gł. dzięki pracom: N.L. Bowena, T.F.W. Bartha, H.S. Yodera, J.R. Smitha, J.F. Schairera, C.E. Tilley’ego, zajmuje się gł. teorią pochodzenia i powstawaniem magm, przebiegiem ich różnicowania się i zestalania, oddziaływaniem magm na skały otaczające oraz przeobrażeniami skał magmowych pod wpływem różnych czynników geol.; pozwala wnioskować na temat budowy i składu skorupy ziemskiej i górnego płaszcza Ziemi, procesów tektonicznych w skali regionalnej i globalnej, z którymi był związany magmatyzm (w tym także wulkanizm), oraz tworzenia się złóż pochodzenia magmowego, pomagmowego i powulkanicznego. Szybki rozwój p. skał magmowych w okresie ostatnich dziesięcioleci XX w. umożliwił wdrażanie nowych, precyzyjnych metod badań instrumentalnych, zwłaszcza badań chem. (w tym izotopowych) skał i minerałów, dzięki czemu wyodrębnił się dział p. zw. petrochemią, obejmujący także, w szerokim zakresie, problematykę skał osadowych i metamorficznych.

P. skał osadowych zajmuje się zagadnieniami pochodzenia, mechanizmu powstania i transportu tworzących je osadów, bada warunki ich sedymentacji (w tym również w aspekcie geotektonicznym) oraz przebieg diagenezy. Bliskie związki łączą ten dział p. z sedymentologią, geologią morza, paleontologią i geochemią. Pierwsze oprac. petrograf. skał osadowych zostały opublikowane 1906–35 przez L. Cayeux; później dziedzinę tę rozwijali: W.C. Krumbejn, G. Müller, F.J. Pettijohn, P.E. Potter, R. Siever, W.H. Twenhofel. Obecnie do zadań badawczych p. skał osadowych należy: rozpoznawanie materiału źródłowego osadów, wyznaczanie obszaru, z którego pochodzi materiał skalny, określanie typu wietrzenia i erozji skał macierzystych oraz rodzaju transportu i szybkości depozycji osadów, a także określanie środowiska ich sedymentacji i jego charakterystycznych cech, takich jak np. głębokość wód w basenach mor., ich temperatura, zasolenie, stopień nasłonecznienia, falowanie, prądy mor., rola biosfery, szybkość obniżania się dna basenu sedymentacyjnego (subsydencja); dane te są cennymi przesłankami w badaniach dotyczących klimatu, paleogeografii i paleotektoniki obszarów występowania badanych skał. Ważnym nurtem poznawczym p. skał osadowych jest ocena ich właściwości zbiornikowych (porowatości, szczelinowatości tektonicznej, przepuszczalności i in.), istotna ze względu na poszukiwania złóż ropy naftowej i gazu ziemnego; wymaga to szczegółowego i wszechstronnego odtworzenia historii osadów od momentu sedymentacji do zakończenia diagenezy, zwłaszcza zaś prześledzenia rozwoju ich przestrzeni porowej i określenia ich paleotemperatur podczas pogrążania. Do realizacji tego zadania przydatne są badania właściwości fiz. skał należące do działu p. zw. petrofizyką; tego rodzaju badania mają również zastosowanie w odniesieniu do skał magmowych i metamorficznych.

P. skał metamorficznych rozwinęła się dzięki pracom F. Beckego, C.R. van Hiségo i U. Grubenmanna, którzy na pocz. XX w. zwrócili uwagę na zależność przemian metamorficznych (metamorfizm) skał od głębokości, na jakiej one zachodziły. Przedstawicielami nowszych kierunków, rozpatrujących zależność przeobrażeń metamorficznych od temperatury, ciśnienia i składu chem. skał wyjściowych byli: V.M. Goldschmidt (1911) i P. Eskola (1921), twórca nauki o facjach metamorficznych, którą rozwijali m.in. G. Ramberg, F.J. Turner, J. Verhoogen, H.S. Yoder. P. skał metamorficznych obejmuje również zagadnienia deformacji skał w procesach metamorfizmu; 1930 B. Sander i W. Schmidt oprac. (na podstawie teorii G. Beckera) metodę analizy mikroteksturalnej skał zdeformowanych, która ma istotne znaczenie dla tektoniki. Badania fińskiego petrografa J. Sederholma wyłoniły kwestię rozgraniczenia procesów magmowych od metamorficznych, rozważaną początkowo w odniesieniu do genezy granitów. Obecnie do zadań p. skał metamorficznych należy ustalenie natury skał pierwotnych uległych metamorfizmowi, wyznaczenie temperatury i ciśnienia odpowiadających ich przemianom metamorficznym, określenie warunków geol., w jakich zachodziły te procesy, wyznaczenie kierunków nacisków i ruchów tektonicznych powodujących odkształcenia skał oraz wyjaśnienie przebiegu procesów metamorfizmu i metasomatozy.

Podstawowym instrumentem p., stosowanym do badania składu miner. i tekstur skał w płytkach cienkich, jest mikroskop polaryzacyjny; nowoczesne mikroskopy są wyposażone w skomputeryzowaną aparaturę do analizy obrazu, badań katodoluminescencyjnych, badań termicznych i in.; do badań mikroobszarów skał stosuje się mikroskop elektronowy z mikrosondą umożliwiającą oznaczenia składu chem. minerałów; skład fazowy skał określa się metodami krystalografii rentgenowskiej, spektrofotometrii w podczerwieni oraz rentgenowskiej analizy fazowej; do badań chem. skał powszechnie stosuje się techniki spektralne oparte na wykorzystaniu widm (emisyjnych, absorpcyjnych, rentgenowskich) oraz techniki radiometryczne (aktywacyjne i rentgenowskie); do badań składu izotopowego służą spektrometry mas, w zestawieniu z mikrosondą jon., stosowane także do analiz izotopowych w mikroobszarach; badania eksperymentalne syntezy i rozkładu minerałów, skał oraz sztucznych stopów są prowadzone z wykorzystaniem komputerowych technik modelowania warunków fizykochemicznych tych procesów, a stosowana w tym celu aparatura umożliwia bezpośrednie wykonywanie badań oraz monitorowanie przebiegu reakcji. W celu rozpoznania budowy przestrzennej kompleksów skalnych p. korzysta z metod badań geofiz. (magnet., grawimetrycznych, sejsmicznych, elektr. i in.).

P. jest reprezentowana w Międzynar. Unii Nauk Geol., w której powołano komisję ds. rozwoju tej dyscypliny naukowej. Do najważniejszych czasopism z dziedziny p. należą: „Journal of Petrology”, „Journal of Sedimentary Petrology”, „Journal of Metamorphic Petrology”, „Schweizerische Mineralogische und Petrographische Mitteilungen”.

W Polsce początki p. przypadają na przeł. XIX i XX w. i wiążą się gł. z pracami Morozewicza; do rozwoju p. pol. w okresie międzywojennym przyczynili się: J. Tokarski, M. Kamieński, S. Małkowski, W. Pawlica, K. Smulikowski i P. Radziszewski. Po II wojnie świat. nastąpił szybki rozwój p. na uniw.: Warsz., Jag., Poznańskim, Wrocławskim, Śląskim i w AGH w Krakowie. Badania petrograficzne są również prowadzone w Państw. Inst. Geol. w Warszawie oraz w Inst. Nauk Geol. PAN w Warszawie, a także w ich oddziałach regionalnych. Powojenny dorobek p. pol. wzbogacili: A. Bolewski, A. Gaweł, M. Kamieński, M. Maślankiewicz, K. Smulikowski, M. Turnau-Morawska. Petrografowie pol. są zrzeszeni w Pol. Tow. Mineralogicznym Kom. Nauk Geol. PAN.