بازالت چیست، چه مشخصاتی دارد و انواع آن کدامند؟

بازالت (Basalt) یک سنگ آذرین بیرونی تیره رنگ (سیاه تا خاکستری تیره تا سبز تیره) با چگالی 2.8-3.0 g/cm³ است و پلاژیوکلازها و پیروکسن‌ها و الیوین، کانی‌های اصلی تشکیل دهندۀ آن هستند. این سنگ بر اثر خروج ماگمای بازالتی از زیرزمین و سرد شدن آن در سطح زمین تشکیل می‌شود. معادل درونی بازالت، گابرو نام دارد. منشاء ماگمای بازالتی گوشتۀ زمین است؛ به عبارت دیگر، ماگمای بازالتی از ذوب گوشتۀ زمین ایجاد می‌شود. Basalt علاوه بر خشکی، در اقیانوس‌ها نیز تشکیل می‌شود. همین امر باعث می‌شود تا انواع مختلفی basalt داشته باشیم؛ از جمله منشورهای بازالتی، basalt بالشی، بازالت‌های پشته‌های میان اقیانوسی و اسکوریاسه. به لحاظ ترکیب شیمیایی نیز basaltها شامل انواع تولئیتی و قلیایی هستند.

بازالت چیست؟

اگر ماگمایی با منشاء گوشته‌ای از درون زمین به سطح زمین (خواه در خشکی، خواه در اقیانوس) راه پیدا کند و سرد شود، سنگی شکل می‌گیرد که به آن بازالت (Basalt) می‌گویند. رنگ این سنگ‌ها تیره است و از مشکی تا خاکستری، طوسی و سبز متغیر است. basaltهای سبز رنگ گرین استون نام دارند. بافت سنگ basalt می‌تواند متراکم و یا حفره‌دار باشد. این امر به محل تشکیل سنگ یا همان محل سرد شدن گدازۀ بازالتی بستگی دارد. گدازه‌هایی که در سطح زمین‌های مرطوب جاری می‌شوند و سپس سرد می‌شوند، سنگ‌هایی حفره دار ایجاد می‌کنند.

معادل درونی basalt، گابرو نام دارد؛ به عبارت دیگر، اگر ماگمای حاصل از ذوب گوشته، بجای آنکه به سطح زمین راه پیدا کند و در سطح زمین سرد شود، در لایه های زیرین نزدیک به سطح زمین منجمد گردد، گابرو ایجاد می‌شود. بنابراین، ترکیب کانی شناسی گابرو و basalt، همانند هم است. تفاوت این دو از مکان تشکیل‌شان ناشی می‌شود. در حالیکه که basalt بر روی زمین تشکیل می‌شود، گابرو در سطوح پایین و زیر زمین منجمد شده و شکل می‌گیرد. این تفاوت در مکان تشکیل، منجر به تفاوت در بافت ظاهری این دو سنگ نیز می‌گردد. به این صورت که بافت بازالت نسبت به گابرو ریز بلورتر است.

محل تشکیل سنگ بازالت

سنگ بازالت در محل های زیر تشکیل می‌شود:

1. در کف اقیانوس ها؛ جایی که پوسته اقیانوسی به واسطۀ گسل ها شکسته شده است و گدازۀ بازالتی از این شکستگی ها به داخل اقیانوس راه پیدا می‌کند، سرد شده و به سنگ تبدیل می‌شود.
2. پشته های میان اقیانوسی: محل هایی هستند که پوستۀ اقیانوسی زمین، در دو تکه مجزا از هم است و این دو تکه در حال دور شدن از هم هستند. در محل جدایش این دو تکه (پشته های میان اقیانوسی) گدازۀ بازالتی از زیر زمین به بیرون (کف اقیانوس) راه پیدا می‌کند.
3. نقاط داغ: نقاط داغ بخش‌های خاصی از زمین هستند که درجه حرارت در آنجا بالاتر است. گوشته زمین در این نقاط داغ شده، ذوب می‌شود و به صورت گدازه بالا می آید و جزایر اقیانوسی را شکل می‌دهد.
4. محل تشکیل basalt در پوسته زمین: در مناطقی که پوستۀ زمین به دلیل وجود گسل‌ها و شکستگی‌ها ضعیف است، گدازۀ بازلتی از زیر زمین به سطح زمین راه پیدا می‌کند و سنگ basalt شکل می‌گیرد.

مشخصات بازالت

هر سنگی مشخصاتی دارد که به واسطۀ آن‌ها می‌توان آن را تشخیص داد و شناسایی کرد. این مشخصات شامل ویژگی‌های ظاهری، مشخصه های حاصل از بررسی های میکروسکوپی و آنالیزهای شیمی سنگ است.

یکی از مشخصات بازالت که به شناسایی اولیه آن و تشخیص از روی ظاهر سنگ کمک می‌کند، رنگ و وزن آن است. همانطور که در بالا گفته شد، این سنگ همواره تیره و به رنگ های مشکی، خاکستری، طوسی و سبز است. اغلب تخلخل های ریزی در این سنگ وجود دارد. گاه نیز ممکن است تخلخل‌ها با چشم غیر مسلح واضح نباشد. Basaltهایی که متراکم هستند، سنگین وزن هستند. در مقابل، انواعی از آن وجود دارد که حفره‌های فراوانی داشته و وزنش به دلیل وجود این حفره‌ها، بسیار سبک است. بدین ترتیب، چگالی بازالت بسیار متغیر است و از 2.804-3.010 g/cm³ تغییر می‌کند. به طور میانگین، می‌توان چگالی  2.949±0.045 g/cm³ برای آن در نظر گرفت.

کانی‌شناسی و آنالیز شیمی سنگ، از راه‌های تکمیلی شناسایی سنگ هاست. XRF روشی برای آنالیز شیمی سنگ است. در این روش، اکسید عناصر تشکیل دهندۀ سنگ بررسی شده و نتیجۀ آن به صورت درصد نشان داده می‌شود. با بررسی درصد اکسیدهای عناصر حاصل از آنالیز، می‌توان از نوع سنگ اطمینان حاصل کرد.

مشخصه های کانی شناسی و سپس شیمی basalt در ادامه توضیح داده شده است.

کانی های تشکیل دهنده basalt

کانی‌های اصلی تشکیل دهندۀ بازالت که به واسطۀ حضور آن‌ها، می‌توان آن را تشخیص داد عبارتند از:

• پلاژیوکلاز.
• پیروکسن؛ عمدتاً کلینوپیروکسن نوع اوژیت.
• گاه الیوین.

کانی های فرعی

• کوارتز
• کانی های اپاک (مگنتیت و گاه ایلمنیت)
• کلسیت
• آپاتیت
• زیرکن
• کریستوبالیت

در شکل زیر، یک تصویر میکروسکوپی از سنگ بازالت نشان داده شده است. در این تصویر، دو کانی اصلی سنگ یعنی پلاژیوکلاز (plg) و پیروکسن (px) وجود دارد که مشخص شده است. پلاژیوکلاز همچنین به صورت ریز در زمینه سنگ پراکنده شده است. همچنین کانی فرعی کلسیت (Calsite) در این نمونه وجود دارد که آن هم مشخص شده است.

کانی های دگرسانی

منظور از کانی های دگرسانی، کانی‌هایی هستند که بر اثر تغییر کانی‌های اصلی و فرعی، تحت شرایط دگرسان کننده (مثل حضور سیالات گرمابی) در سنگ ایجاد می‌شوند. کانی‌های دگرسانی basaltها عبارتند از:

• کلریت
• کائولینیت
• ناترولیت
• اکسیدهای آهن
• سرپانتین
• ایدینگسیت

شیمی Basalt

پیروکسن، فراوان‌ترین کانی موجود در سنگ‌ بازالت است. پس از آن پلاژیوکلازهای کلسیم و سدیم و الیوین، از کانی های اصلی این سنگ محسوب می‌شوند. این کانی‌ها حاوی عناصر منیزیم (Mg)، آهن (Fe) و کلسیم (Ca) هستند. هر قدر میزان منیزیم و آهن بالاتر باشد، رنگ سنگ تیره‌تر می‌گردد. افزایش پلاژیوکلازهای کلسیم و سدیم نسبت به پیروکسن و الیوین، سبب می‌شود تا رنگ سنگ روشن‌تر شود. مقدار اکسید سیلیسم (SiO₂) در basaltها کمتر از 50% است. اصولاً به سنگ های آذرین بیرونی که مقدار SiO₂ شان کمتر از 50% است، basalt می‌گویند و این تعریف دیگری از سنگ بازالت است.

انواع basalt

زمین شناسی تشکیل بازالت، یعنی اینکه این سنگ در چه محیط های تکتونیکی شکل گیرد، سبب می‌شود تا نوسانات اندکی در ظاهر سنگ و هچنین ترکیب کانی شناسب و شیمیایی آن ایجاد شود. بدین ترتیب، انواع مختلفی از بازالت شکل می‌گیرد که به صورت زیر طبقه بندی می‌شوند:

1. انواع basalt بر اساس محل تشکیل آن.
2. انواع basalt بر اساس شیمی آن.

انواع بازالت بر اساس محل تشکیل

بر اساس زمین شناسی و نحوۀ تشکیل در زمین، گدازه بازالتی می‌تواند به چند شکل مختلف سرد و منجمد شود و به این ترتیب، انوع مختلفی از سنگ بازالت ایجاد گردد.

1. بازالت بالشی (Pillow basalt)
2. منشورهای بازالت
3. پاهاها

1- پیلو لاوا

انجماد گدازۀ آتشفشانی در کف اقیانوس‌ها و در حضور آب، منجر به تشکیل بازالت‌های بالشی یاهمان پیلو لاوا (Pillow basalt) می‌شود. حضور آب، سرعت سرد شدن و انجماد گدازه را دوچندان می‌کند. اگر ماگمایی که از زیر زمین به سمت سطح زمین بالا می‌آید، بجای خشکی، در یک محیط آبی مثل دریا یا اقیانوس خروج کند، پیلو لاوا شکل می‌گیرد. آب سرد دریا و اقیانوس، باعث سرد شدن سریع گدازه می‌شوند و این شرایط، باعث می‌شود تا ماگمایی که منجمد می‌گردد، شکل بالش به خود بگیرد. سرد شدن سریع گدازه‌های بازالتی توسط آب اقیانوس‌ها، همچنین منجر به ایجاد شیشه‌هایی به نام شیشه‌های آتشفشانی می‌شود. پیلو لاواها معمولاً در آتشفشان‌های پشته‌های میانی اقیانوس یا آتشفشان‌های نقطه داغ اقیانوسی (مثل جزایر هاوایی) تشکیل می‌شوند. پوسته تمامی اقیانوس ها از جنس basalt هستند؛ از این رو basalt رایج ترین سنگ در پوسته زمین است.

2- منشورهای بازالتی

منشورهای بازالتی (Basaltic Prisms) ستون‌های بلندی از جنس سنگ بازالت است که سطح مقطع آن به شکل‌ شش ضلعی منظم می‌باشد. سرد شدن سریع‌تر از حدّ عادی -مانند زمانی که گدازه در معرض آب قرار ‌گیرد- به شکل گیری این ستون‌ها کمک می‌کند.

سطح گدازه در عین حال که سرد می‌شود، کمی جمع می‌گردد (منقبض می‌شود). مواد داغ معمولاً فضای بیشتری را نسبت به مواد سردتر اشغال می‌کنند. به دلیل این کوچک شدن (انقباض)، سطح گدازه شروع به ترک خوردن می‌کند. اما این ترک‌ها همیشه تصادفی نیستند. در این حالت، گدازه شروع به ترک خوردن کرده و به شکل‌های منظم می‌رسد. این شکل‌ها ناشی از نحوۀ سرد شدن گدازه است. برای ایجاد Basaltic Prism، سرد شدن گدازه باید از نقاط خاصی به نام مرکز (center) آغاز گردد. اگر فاصلۀ این مراکز با یکدیگر یکسان باشد، نیروهایی که به سمت داخل و به سمت مراکز کشیده می‌شوند، در نهایت تکه‌های مختلفی از گدازه در حال خنک شدن را ایجاد می‌کنند. تکه هایی شش ضلعی یا مشابه آن.

هرچه گدازه ترکیب یکنواخت‌تری داشته باشد (یعنی صاف و خوب مخلوط شده باشد) کشش از سوی مراکز انجماد یکنواخت‌تر خواهد بود. در این شرایط احتمال سرد شدن گدازه به صورت تکه‌های شش ضلعی بیشتر است. در لایه بالایی گدازه، سرعت خنک شدن در بالاترین حد ممکن است. به همین دلیل، این تکه‌ها از آنجا شروع به شکل‌گیری می‌کنند.

در سطوح پایین‌تر گدازه نیز در آغاز سرد شدن، انجماد از نقاط center آغاز می‌شود. به این ترتیب، خنک شدن گدازه و انقباض آن در این استوانه‌ها ایجاد می‌شود. بنابراین، انجماد گدازه از بالا به پایین، به وسط و یا حتی از پایین جریان گدازه رخ می‌دهد. از این رو، ستون‌های بلند می‌توانند تشکیل شوند. حتی زمانی که همگن بودن گدازه اندک است، امکان تشکیل ستون‌ها وجود دارد. آنها ممکن است شش ضلعی نباشند و به جای شش، ممکن است پنج یا هفت ضلعی باشند و یا شکل نامنظم‌تری داشته باشند.

کولوناد و اِنتبلاتور

اگر منشورهای بازالت به صورت ستون های مستقیم و طویل باشند، به آن‌ها colonnade می‌گویند. اگر شکل منشورها نامنظم باشد و به نظر رسد که تحت فشار قرار گرفته‌اند، یا تغییر شکل داده‌اند، اِنتبلاتور (entablature) نام می‌گیرند.

ستون‌های بازالت (Basalt columns) در بسیاری از نقاط جهان که به لحاظ آتشفشانی فعال هستند، شکل گرفته‌اند. ایسلند، ایرلند و ایالات متحده در کالیفرنیا و بسیاری از کشورهای دیگر در سراسر جهان از جمله مناطقی هستند که می‌توان منشورهای بازالت را دید. اگرچه ستون‌های سنگی معمولاً از جنس basalt هستند و از انجماد ماگمای بازالتی ایجاد شده‌اند، اما همیشه اینطور نیست. برج شیطان در وایومینگ (ایالات متحده آمریکا) نمونه خوبی از این استثنا است. این برج، ساختار عظیمی از ستون‌ها است که از سنگی به نام فونولیت تشکیل شده است. ستون‌های سنگی تنها به کرۀ زمین محدود نمی‌شود. چنین ستون‌های سنگی در مریخ نیز یافت شده است.

انواع Basalt بر اساس شیمی سنگ و کانی شناسی آن

ترکیب کانی شناسی و شیمیایی Basalt انواعی از آن را به وجود می آورد که عبارتند از:

1. بازالت ‌های تولئیتی
2. بازالت های قلیایی (alkaline basalts)

1- بازالت تولئیتی

تولئیت‌ها که به آن‌ها basaltهای اشباع نیز گفته می‌شود، سیلیسی‌ترین بازالت‌ها و فقیرترین آنها از نظر آلومینا هستند و مشخصه مناطق اقیانوسی می‌باشند. یعنی در اقیانوس‌ها تشکیل شده‌اند. این basaltهای اشباع شده بخش اصلی کف اقیانوس‌ها، بخش قابل توجهی از قوس‌های جزیره و بخش غالب بازالت‌های نقاط داغ (مثل جزایر هاوایی) را تشکیل می‌دهند. همچنین قسمت بالایی مجموعه‌های افیولیتی و افیوژن‌های قاره‌ای (بازالت‌های فلات) از نوع basaltهای تولئیتی است.

کانی شناسی تولئیت‌ها به صورت زیر است:

• لابرادور-بیتونیت.
• پیروکسن های نوعِ اوژیت و هیپرستن.
• الیوین بسیار کمیاب یا غایب.
• به طور استثنایی حاوی کوارتز یا تری‌دیمیت.

چنانچه بررسی های کانی شناسی میکروسکوپی و آنالیزهای الکترون میکروپروب وجود کانی‌های بالا را تأیید کند، نتیجه می‌شود که بازالت بررسی شده از نوع تولئیتی است.

2- basalt قلیایی

بازالت‌های قلیایی که به الیوین بازالت نیز معروف هستند، غیر اشباع (under saturated) هستند. آن‌ها عمدتاً در آتشفشان‌های قاره‌ای و گاه در قوس‌های جزیره ای و نقاط داغ جریان می‌یابند. بازالت‌های شوشونیتی (یا شوشونیت‌ها) دسته اصلی این الیوین بازالت‌ها را تشکیل می‌دهند. مقدار Na₂O و K₂O شوشونیت‌ها یکسان است و این نشانۀ شناسایی و تشخیص آن‌هاست. در حین انجمادِ گدازۀ basalt، اغلب حفره‌هایی در سنگ تشکیل می‌شود. این حفره ها مربوط به حباب‌های گازی است که در زمان خنک شدن به دام افتاده اند. این حفره‌ها در هنگام سرد شدن توسط فشار گازها باز نگه داشته می‌شوند.

کانی شناسی بازالت های قلیایی به صورت زیر است:

• الیوین
• لابرادور
• پیروکسنِ نوعِ اوژیت
• فلدسپاتوئیدها و غالباً ملیلیت

چنانچه بررسی‌های کانی شناسی میکروسکوپی و آنالیزهای الکترون میکروپروب وجود کانی‌های بالا را تأیید کند، نتیجه می‌شود که basalt بررسی شده از نوع قلیایی است.

کاربردها

سنگ بازالت به علت رنگ تیرۀ طبیعی خود و مقاومت فشاری و استحکام بالا، به عنوان یک سنگ ساختمانی محبوب کاربرد دارد. قیمت سنگ بازالت ساختمانی نسبت به همتای تیره خود یعنی گرانیت مشکی (گابرو) پایین تر است.  مقاومت فشاری بسیار خوب این سنگ، سبب شده است تا از آن به عنوان سنگ کف استفاده شود. رنگ مشکی- طوسی و خاکستری basalt باعث شده تا امروزه به عنوان سنگ نما در ترکیب با سنگ‌های روشن استفاده شود.

سؤالات متداول

• Basalt چه نوع سنگی است و چگالی آن چقدر است؟ سنگ آذرین از نوع بیرونی؛ با چگالی 2.8-3.0 g/cm³
• بازالت سنگ آذرین بیرونی است یعنی چه؟ یعنی ماگمای آن (ماده تشکیل دهندۀ سنگ های آذرین) در سطح زمین و سطح اقیانوس سرد و منجمد شده است.
• محل تشکیل سنگ بازالت کجاست؟ سطح پوسته زمین، کف اقیانوس ها.
• معادل درونی basalt چیست؟ گابرو.
• بازالت ماه چیست؟ همانند basalt هایی که در کرۀ ما (کره زمین) تشکیل می‌شود، basalt هایی نیز در کرۀ ما وجود دارد که به آن بازالت ماه می‌گویند.