Кіріспе
Петрологияның тау жыныстарын егжей-тегжейлі сипаттауға бағытталған саласы – петрография. Петрография – тау жыныстарын толыққанды сипаттауға арналған петрологияның бір саласы. Петрографияны зерттейтін маман петрограф деп аталады. Тау жынысының минералдық құрамы мен олардың арақатынастағы құрылымдық ерекшеліктері егжей-тегжейлі сипатталады. Тау жыныстарын жіктеу петрографиялық талдау барысында алынған мәліметтерге негізделеді. Петрографиялық сипаттамалар далалық жазбалардан басталып, қолға сыятын үлгілердің макроскопиялық сипаттамасын қамтиды. Петрографтың ең маңызды құралы – петрографиялық микроскоп. Жұқа кесінділердегі минералдарды оптикалық минералогия арқылы жан-жақты талдау, микротекстура мен құрылымды зерттеу тау жынысының пайда болуын түсіну үшін маңызды. Қазіргі заманғы петрографиялық зертханаларда электрондық микрозонд, атомдық зонд томографиясы, сондай-ақ бүкіл тау жынысының химиялық талдауы атомдық абсорбция, рентгендік флуоресценция және лазерлік индукцияланған бөлшектеу спектроскопиясы әдістерімен жүргізіледі. Егер оптикалық әдістер жеткіліксіз болса, тау жынысы үлгісінен алынған жеке минералдық түйіршіктерді рентгендік дифракция арқылы да талдауға болады. Петрографиялық микроскоптағы қыздыру кезеңінде минералдық түйіршіктердегі микроскопиялық сұйық қосымшаларды талдау минералдың қалыптасу кезіндегі температура мен қысым жағдайлары туралы ақпарат береді.
Petrography is a branch of petrology that focuses on detailed descriptions of rocks. Someone who studies petrography is called a petrographer. The mineral content and the textural relationships within the rock are described in detail. The classification of rocks is based on the information acquired during the petrographic analysis. Petrographic descriptions start with the field notes at the outcrop and include macroscopic description of hand sized specimens. The most important petrographer's tool is the petrographic microscope. The detailed analysis of minerals by optical mineralogy in thin section and the micro texture and structure are critical to understanding the origin of the rock. Electron microprobe or atom probe tomography analysis of individual grains as well as whole rock chemical analysis by atomic absorption, X ray fluorescence, and laser induced breakdown spectroscopy are used in a modern petrographic lab. Individual mineral grains from a rock sample may also be analyzed by X ray diffraction when optical means are insufficient. Analysis of microscopic fluid inclusions within mineral grains with a heating stage on a petrographic microscope provides clues to the temperature and pressure conditions existent during the mineral formation.
Тарих
Петрография ғылымы 1828 жылы шотланд физигі Уильям Никол поляризацияланған жарық алу әдісін ойлап тапқанда басталды. Ол Исландия шпатының – кальцит түрінің – кристаллын ерекше призмаға кесіп, осы призма Николь призмасы деп аталды. Екі мұндай призманы қарапайым микроскопқа қосу құралды поляризациялық немесе петрографиялық микроскопқа айналдырды. Таралған жарық пен Николь призмаларын пайдалану арқылы өте кішкентай минералдық түйіршіктердің ішкі кристаллографиялық ерекшеліктерін анықтауға мүмкіндік болды, бұл тау жыныстарының құрамы туралы білімді едәуір арттырды. 1840 жылдары Генри С. Сорби және басқалар петрографияның негізін нығайтты. Бұл тау жыныстарындағы өте жұқа тілімдерді зерттеу әдісі болды. Тау жынысының тілімі микроскоптық слайдқа жабыстырылып, кейін минералдық түйіршіктердің әдетте көрінбейтіндей мөлдір болуы үшін соншалықты жұқа кесілді. Қосымша түйіршіктердің орналасуы өгертілмеді, осылайша тау жынысының текстурасын талдауға мүмкіндік туды. Жұқа тілімді петрография тау жыныстарын зерттеудің стандартты әдісіне айналды. Текстуралық ерекшеліктер тау жынысындағы әртүрлі минералдық құраушылардың кристалдану тізбегі туралы білімге үлкен үлес қосатындықтан, петрография петрогенез және, ақырында, петрологияға дамыды. Петрография негізінен 19 ғасырдың соңында Германияда өркендеді.
Макроскопиялық таңбалар
Тау жыныстарының макроскопиялық сипаттамалары, микроскоп көмегінсіз қолдағы үлгілерде көрінетін белгілері, өте алуан түрлі және оларды дәл әрі толық сипаттау қиын. Далалық геолог негізінен осы сипаттамаларға және бірнеше қарапайым химиялық және физикалық сынақтарға сүйенеді; ал тәжірибелі инженерлерге, сәулетшілерге және карьер шеберлеріне олардың барлығы да маңызды. Бұл сипаттамалар көбінесе тау жынысының нағыз табиғатын анықтауға жеткіліксіз болғанымен, әдетте алдын ала жіктеуге мүмкіндік береді және жиі қажетті барлық ақпаратты ұсынады. Әк карбонатын анықтау үшін шағын қышқыл флаконы, тастар мен минералдардың қаттылығын тексеруге арналған пышақ және олардың құрылымын үлкейтуге көмектесетін линзасы бар далалық геолог, тастың қай топқа жататынын анықтауда көбінесе қиналмайды. Ұсақ түйіршікті түрлерін осылайша анықтау мүмкін емес, ал барлық тау жыныстарының минералдық құрамын микроскоп арқылы зерттеу арқылы ғана анықтауға болады. Алайда, құмтас немесе қиыршық тастың көбінесе дөңгеленген, сумен тегісделген құм түйіршіктерінен тұратынын көру оңай, және егер оның құрамында тозған фельдспат бөлшектері, жылтыраған мика қабыршақтары немесе кальциттің кішкентай кристалдары болса, олар да көбінесе назардан тыс қалмайды. Шлактар мен сазды жыныстар әдетте жұмсақ, ұсақ түйіршікті, көбінесе қабатталған және жиі ұсақ организмдердің немесе өсімдіктердің қалдықтарын қамтиды. Гранит немесе базальттың кристалдық табиғаты бірден көзге түседі, ал біріншісінде ақ немесе қызғылт фельдспат, мөлдір шыны тәрізді кварц және миканың жылтыраған қабыршақтары, екіншісінде сары-жасыл оливин, қара аугит және сұр қабатты плагиоклаз кездеседі. Басқа қарапайым құралдарға үрлеу құбыры (жеке кристалдардың балқуын тексеру үшін), гониометр, магнит, үлкейту әйнегі және меншікті салмақ өлшегіш жатады.
Микроскопиялық сипаттамалары
Бейтаныс түрлермен немесе қол линзасымен олардың құрамындағы минералдарды анықтау мүмкін болмайтын тым ұсақ түйіршікті тау жыныстарымен жұмыс істегенде микроскоп қолданылады. Микроскоп арқылы байқалатын ерекшеліктерге түс, жазық поляризацияланған жарықтағы түс өзгерісі (төменгі Николь призмасымен немесе соңғы кезде поляризациялық пленкалармен туындайтын плейохроизм), түйірлердің сыну сипаттамалары, сыну көрсеткіші (әдетте Канада бальзамымен салыстырылатын монтаждау жабысқышына қатысты) және оптикалық симметрия (қос сынулы немесе изотропты) жатады. Бұл ерекшеліктердің жиынтығы минералды анықтауға, ал көбінесе оның негізгі элементтік құрамын жоғары дәлдікпен бағалауға жеткілікті. Микроскоп астында минералдарды анықтау процесі нәзік болғанымен, механикалық сипатқа ие – компьютерге осы жұмысты жүзеге асыруға мүмкіндік беретін анықтама кілтін жасау мүмкін. Оптикалық петрографияның қиын және шеберлік талап ететін жағы – түйірлердің арақатынастарын анықтау және оларды қол өлшемді үлгіде, табиғатта немесе картада көрінетін ерекшеліктермен байланыстыру болып табылады.
Құралымдарды бөлу
Талдау үшін таза үлгілер алу мақсатымен ұнтақталған тау жынысы ұнтағының құрамдас бөліктерін бөлу – кең таралған тәсіл. Бұл күшті, реттелетін күшті электромагнит арқылы жүзеге асырылуы мүмкін. Әлсіз магниттік өріс магнитті, содан кейін гематитті және басқа темір кендерін тартады. Темір құрайтын силикаттар белгілі бір ретпен бөлінеді – биотит, энстатит, аугит, рогбленда, гранат және ұқсас ферромагнезиан минералдары бірінен соң бірі алынады. Ақырында, тек түссіз, магниттік емес қосылыстар, мысалы, мусковит, кальцит, кварц және фельдшпат қалады. Химиялық әдістер де тиімді. Әлсіз қышқыл кальцитті ұнтақталған әк тастан ерітіп, тек доломит, силикаттар немесе кварцты қалдырады. Фторсутекті қышқыл кварцтан бұрын фельдшпатқа шабуыл жасайды және сақтандыру шараларын ескергенде, оларды және кез келген шыны тәрізді материалды агит немесе гиперстен ерігенге дейін тау жынысы ұнтағында ерітеді. Уақытша салмақ бойынша бөлу әдістері одан да кеңінен қолданылады. Олардың ең қарапайымы – левигация, ол топырақтың механикалық талдауында және кендерді өңдеуде кеңінен қолданылады, бірақ тау жыныстарымен жұмыс істеуде тиімді емес, себебі олардың құрамдас бөліктері, әдетте, меншікті салмағы бойынша айтарлықтай ерекшеленбейді. Көптеген тас құрайтын минералдарға зиян келтірмейтін, бірақ жоғары меншікті салмағы бар сұйықтықтар қолданылады. Калий-көкүрт йодидінің (менш. салм. 3.196), кадмий боратұнғастының (менш. салм. 3.30), метилен йодидінің (менш. салм. 3.32), бромформының (менш. салм. 2.86) немесе ацетилен бромидінің (менш. салм. 3.00) ерітінділері негізгі сұйықтықтар болып табылады. Оларды (сумен, бензолмен және т.б.) сұйытуға немесе булану арқылы шоғырландыруға болады. Егер тау жынысы биотиттен (менш. салм. 3.1), мусковиттен (менш. салм. 2.85), кварцтан (менш. салм. 2.65), олигоклаздан (менш. салм. 2.64) және ортоклаздан (менш. салм. 2.56) тұратын гранит болса, ұнтақталған минералдар метилен йодидінде жүзеді. Бензолмен біртіндеп сұйыту кезінде олар жоғарыда көрсетілген ретпен шөгеді. Теориялық тұрғыдан қарапайым болғанымен, бұл әдістер тәжірибеде қиындықтар тудырады, әсіресе бір тау жынысы минералы екіншісін қамтығанда. Жаңа және жарамды тастарды тиянақты өңдеу тамаша нәтижелер береді. Бұл ақпарат артефактілерді геологиялық аймақтармен байланыстырады, онда керамиканың шикізаты алынған. Сазdan басқа, керамика шеберлері көбінесе "темір" немесе "апластика" деп аталатын тау жынысы сынықтарын қолданып, оның қасиеттерін өзгертеді. Керамика құрамдас бөліктерінен алынған геологиялық ақпарат керамика шеберлерінің жергілікті және алынған ресурстарды қалай таңдап, пайдаланғанын көрсетеді. Археологтар белгілі бір жерде табылған керамиканың жергілікті өндірілгенін немесе басқа жерден әкелінгенін анықтай алады. Мұндай ақпарат, басқа дәлелдермен бірге, қоныстану үлгілері, топтық және жеке мобильділік, әлеуметтік байланыстар және сауда желілері туралы қорытындылар жасауға көмектеседі. Сонымен қатар, белгілі бір минералдардың белгілі температурада қалай өзгеретінін түсіну археологиялық петрографтарға керамика өндірісінің өзіндік ерекшеліктерін, мысалы, ыдыстың бастапқы ату кезінде жеткен ең төменгі және ең жоғары температураларды анықтауға мүмкіндік береді.
be performed with a powerful, adjustable strength electromagnet. A weak magnetic field attracts magnetite, then haematite and other iron ores. Silicates that contain iron follow in definite order—biotite, enstatite, augite, hornblende, garnet, and similar ferro magnesian minerals are successively abstracted. Finally, only the colorless, non magnetic compounds, such as muscovite, calcite, quartz, and feldspar remain. Chemical methods also are useful. A weak acid dissolves calcite from crushed limestone, leaving only dolomite, silicates, or quartz. Hydrofluoric acid attacks feldspar before quartz and, if used cautiously, dissolves these and any glassy material in a rock powder before it dissolves augite or hypersthene. Methods of separation by specific gravity have a still wider application. The simplest of these is levigation, which is extensively employed in mechanical analysis of soils and treatment of ores, but is not so successful with rocks, as their components do not, as a rule, differ greatly in specific gravity. Fluids are used that do not attack most rock forming minerals, but have a high specific gravity. Solutions of potassium mercuric iodide (sp. gr. 3.196), cadmium borotungstate (sp. gr. 3.30), methylene iodide (sp. gr. 3.32), bromoform (sp. gr. 2.86), or acetylene bromide (sp. gr. 3.00) are the principal fluids employed. They may be diluted (with water, benzene, etc.) or concentrated by evaporation. If the rock is granite consisting of biotite (sp. gr. 3.1), muscovite (sp. gr. 2.85), quartz (sp. gr. 2.65), oligoclase (sp. gr. 2.64), and orthoclase (sp. gr. 2.56), the crushed minerals float in methylene iodide. On gradual dilution with benzene they precipitate in the order above. Simple in theory, these methods are tedious in practice, especially as it is common for one rock making mineral to enclose another. Expert handling of fresh and suitable rocks yields excellent results. This information ties the artifacts to geological areas where the raw materials for the pottery were obtained. In addition to clay, potters often used rock fragments, usually called "temper" or "aplastics", to modify the clay's properties. The geological information obtained from the pottery components provides insight into how potters selected and used local and non local resources. Archaeologists are able to determine whether pottery found in a particular location was locally produced or traded from elsewhere. This kind of information, along with other evidence, can support conclusions about settlement patterns, group and individual mobility, social contacts, and trade networks. In addition, an understanding of how certain minerals are altered at specific temperatures can allow archaeological petrographers to infer aspects of the ceramic production process itself, such as minimum and maximum temperatures reached during the original firing of the pot.