سنگ آذرین چیست و چگونه تشکیل می شود؟

سنگ آذرین (Igneous rock) به سنگ‌هایی گفته می‌شود که از سرد شدن و انجماد گدازه و ماگمای داغ مذاب، در سطح زمین و یا لایه‌های زیرین سطح زمین ایجاد شده‌اند. بر این اساس، انواع سنگ‌ آذرین، شامل سه دستۀ کلی سنگ‌های آذرین بیرونی (ولکانیک)، ساب ولکانیک و آذرین نفوذی (درونی) شکل می‌گیرد. ماگمایی که مادۀ اصلی و لازم برای تشکیل سنگ‌های آذرین است، از عمق 60 کیلومتری داخل زمین یعنی آستنوسفر سرچشمه می‌گیرد. برای تشکیل سنگ آذرین، لازم است ماگما یا گدازۀ داغ، پس از بالا آمدن از اعماق، فرصتی برای سرد شدن و سفت شدن (انجماد) پیدا کند. شیمی همۀ Igneous rockها از نوع سیلیکاته است؛ یعنی همۀ آن‌ها ساختار و چهارچوبی از عناصر Si و O دارد. منیزیم، آهن، کلسیم، سدیم و پتاسیم از عناصر اصلی Igneous rockها هستند.کوارتز، فلدسپات‌ها، میکاها، پیروکسن و الیوین کانی‌شناسی اصلی آذرین‌ها محسوب می‌شوند. قیمت سنگ آذرین، بسته به نوع آن متفاوت است.

سنگ آذرین چیست؟

از سرد شدن و انجماد ماگمای مذاب در سطوح زیرین نزدیک به سطح زمین و یا سرد شدن آن بر روی سطح زمین، سنگ‌هایی زیبا، مقاوم و سخت تشکیل می‌شوند که سنگ آذرین (به انگلیسی: Igneous rock) نام دارند. دمای مذاب مادری که سنگ‌های آذرین از آن به وجود می‌آیند، 600 – 1300 درجۀ سانتیگراد است.

اما خودِ ماگما از کجا منشاء می‌گیرد و می‌آید؟ تصور می‌شود که ماگما در داخل استنوسفر پلاستیکی (لایه سنگ های نیمه مذاب زیر پوسته زمین) در عمق حدود 70 کیلومتری تولید می‌شود. رایج‌ترین سنگ گوشته در استنوسفر، پریدوتیت است. به عبارت دیگر، ماگمایی که از آستنوسفر منشاء می‌گیرد، ترکیب پریدوتیتی دارد. پریدوتیت عمدتاً از الیوین غنی از منیزیم، همراه با مقادیر کمتر دیوپسید کروم و انستاتیت و مقدار کمتری گارنت تشکیل شده است. پریدوتیت ممکن است تحت ذوب نسبی قرار گیرد تا ماگماهایی با ترکیبات مختلف تولید کند.

ماگما نسبت به سنگ‌های جامد اطراف چگالی کمتری دارد. این تفاوت در چگالی باعث می‌شود تا ماگما که سبکتر است، به سمت سطوح بالاتر حرکت کند. در نهایت، این ماگما ممکن است در داخل پوسته مستقر شود، بر روی زمین جریان یابد و یا اینکه به عنوان یک آتشفشان فوران کند. بر این اساس، به طور کلی، دو نوع سنگ آذرین شکل می‌گیرد. آذرین‌های نفوذی پلوتونیک که در اعماق پوسته جامد شده‌اند و آذرین‌های آتشفشانی (بیرونی) که در سطح زمین تشکیل شده‌اند.

ماگماهای نفوذی و گدازه‌ها، نقش حیاتی در گسترش حوضه‌های اقیانوسی، تشکیل پوسته اقیانوسی و تشکیل حاشیه‌های قاره‌ای ایفا کرده‌اند. فرآیندهای آذرین از زمان شکل‌گیری زمین در حدود 4.6 میلیارد سال پیش فعال بوده‌اند. تراوش‌های آنها آب اقیانوس‌ها، گازهای جو اولیه بدون اکسیژن و بسیاری از ذخایر معدنی ارزشمند را فراهم کرده است.

انواع سنگ آذرین

سنگ های آذرین بر اساس شیمی کانی و محل تشکیل طبقه بندی می‌شوند.

الف- انواع سنگ آذرین بر اساس شیمی کانی ها

1. فلسیک
2. حد واسط
3. مافیک
4. اولترامافیک

ب- انواع سنگ آذرین بر اساس محل تشکیل

سنگ‌های آذرین بسته به ماگمایی که از آن سرد می شوند، می‌توانند ترکیبات مختلف و در نتیجه انوع مختلف داشته باشند. آنها همچنین می‌توانند بر اساس محل تشکیل و میزان سرعت خنک شدن نیز در انواع مختلف طبقه بندی شوند. به عنوان مثال، یک ماگما با ترکیب یکسان، بسته به اینکه سریع سرد شود یا آهسته سرد شود، می‌تواند به ترتیب به ریولیت و یا گرانیت تبدیل شوند.

بسته به اینکه مادۀ مذاب در سطح زمین سرد شود یا در زیر و اعماق زمین، چهار نوع کلی سنگ آذرین ایجاد می‌شود:

1. سنگ آذرین درونی یا نفوذی.
2. سنگ آذرین بیرونی (Extrusive Igneous Rocks) یا ولکانیک.
3. سنگ آذرین نیمه نفوذی یا ساب ولکانیک.

1- سنگ آذرین درونی

ماگمای مذاب موجود در داخل کرۀ زمین، از طریق گسل‌ها و شکستگی‌ها به سمت لایه‌های بالایی نفوذ کرده و راه پیدا می‌کند. ماگما در این حرکت نفوذی، ممکن است پیش از خارج شدن از لایه‌های بالایی و رسیدن به سطح زمین، به یک مانع برخورد کند و در همانجا محبوس بماند. در این صورت، ماگما بسیار آهسته سرد خواهد شد (طیّ هزاران سال تا میلیون‌ها سال) و سنگی شکل می‌گیرد که سنگ آذرین درونی نامیده می‌شود. گرانیت، دیوریت و گابرو از جمله سنگ‌های آذرین معروفی هستند که به این طریق شکل می‌گیرند. این سنگ‌ها با نام آذرین نفوذی و پلوتونیک نیز شناخته می‌شوند.

2- آذرین بیرونی

اگر ماگمای مذاب داخل زمین، از طریق گسل‌ها، شکاف و شکستگی‌ها به سطح زمین راه پیدا کند و در سطح زمین سرد و منجمد شود، سنگ‌ آذرین بیرونی تشکیل می‌شود. همچنین خروج ماگما از دهانه کوه‌های آتشفشانی، منجر به تشکیل سنگ‌های آذرین بیرونی می‌شود که به آن سنگ آتشفشانی نیز گفته می‌شود. بسته به اینکه جنس یا ترکیب شیمیایی ماگما در زمان رسیدن به سطح زمین و سرد شدن، به چه صورت باشد (اسیدی، قلیایی، خنثی) انواع مختلفی از سنگ‌های آذرین بیرونی شکل می‌گیرند. مهمترین و اصلی‌ترین آن‌ها عبارتند از:

• ریولیت.
• آندزیت.
• بازالت.

ریولیت معادل بیرونی گرانیت است. به عبارت دیگر، اگر یک ماگمای مذاب با ترکیب اسیدی، بجای آنکه در زیر زمین سرد و منجمد گردد، به سطح زمین راه پیدا کند و در سطح زمین به سنگ تبدیل شود، بجای گرانیت، ریولیت نام می‌گیرد. همین حالت در مورد آندزیت نسبت به معادل درونی‌اش (دیوریت) و بازالت با گابرو نیز صدق می‌کند.

سرد شدن گدازه در سطح زمین، با سرعت بیشتری نسبت به سرد شدن آن در لایه‌های زیرین زمین رخ می‌دهد. این سرد شدن سریع، مانع از ایجاد فرصت کافی برای رشد بلورها و کانی‌ها می‌شود. در نتیجه، سنگ‌های آذرین بیرونی به طور کلی بافت ریز داشته و به اصطلاح ریز بلور هستند. حتی برخی از آن‌ها مثل ابسیدین، ظاهری شیشه‌ای به خود می‌گیرند. علاوه بر این‌ها، به دلیل خروج سریع گازهای موجود در گدازه در حین سرد شدن گدازه، برخی سنگ‌های آتشفشانی، بافت حباب‌دار به خود می‌گیرند و متخلخل می‌شوند.

3- ساب ولکانیک

علاوه بر این دو دسته، دسته دیگری از سنگ‌های آذرین وجود دارد که به عنوان ساب ولکانیک (نیمه آتشفشانی) شناخته می‌شوند. این سنگ‌ها در عمق زیاد تشکیل نشده‌اند. بلکه تا نزدیکی سطح زمین، جایی که دمای پایین‌تر منجر به فرآیند خنک‌سازی سریع‌تر می‌شود، راه پیدا کرده‌اند. اینها معمولاً آفانیتیک هستند و به آنها سنگهای نفوذی هایپ آبیسال (hypabyssal intrusive rocks) می‌گویند. گردن آتشفشان‌ها پر از سنگ‌های هایپ آبیسال است.

سنگ آذرین چگونه تشکیل می شود؟

همانطور که قبلا هم بیان شد، تمام Igneous rockها، اعم از نفوذی‌ها و آتشفشانی‌ها، از مادۀ مذاب موجود در اعماق کرۀ زمین و سرد شدن این مادۀ مذاب ایجاد می‌شوند. اما تفاوت کلی در نحوۀ تشکیل شان وجود دارد که در ادامه به صورت کلی بیان شده است.

نحوۀ تشکیل سنگ های آذرین نفوذی

سنگ‌های آذرین نفوذی، در اندازه‌های مختلف یافت می‌شوند. از تزریق‌های رگه‌مانند کوچک گرفته تا ساختارهای گنبدی شکل عظیم که بیش از 100 کیلومتر مربع (40 مایل مربع) امتداد دارند و هسته‌های رشته‌کوه‌های بزرگ را تشکیل می‌دهند. سنگ‌های آذرین نفوذی که در عمق تشکیل می‌شوند، پس از دوره‌های طولانی هوازدگی و فرسایش سنگ‌ها و لایه‌های سطحی، رخنمون پیدا می‌کنند. همچنین، نیروهای زمین ساختی که پوسته را به سمت بالا هُل می‌دهند، در رخنمون پیدا کردن آن‌ها نقش دارند. ترکیبی از دو حالت بیان شده نیز می‌تواند در این مورد نقش داشته باشد. تشکیل سنگ‌ آذرین نفوذی به طور خلاصه به صورت زیر است:

1. نفوذ ماگمای داغ و مذاب از اعماق حدود 60 کیلومتری داخل زمین به سمت بالا. این ماگما از طریق شکستگی‌ها و گسل‌ها راه خود را به سمت لایه‌های سطحی زمین و از جایی که فشار زیاد است به محلی که فشار کمتر است، پیدا می‌کند.
2. ماگما تا سطحی بالا می‌آید اما ممکن است به یک مانع برخورد کند. این مانع از ادامه نفوذ ماگما به سطوح بالاتر جلوگیری می‌کند.
3. ماگمایی که به تله افتاده است، در همانجا به تدریج حرارت خود را از دست می‌دهد و شروع به انجماد و تشکیل کانی‌های جدید می‌کند.
4. اگر ترکیب ماگمای به دام افتاده اسیدی باشد، سنگ آذرین گرانیت تشکیل می‌شود. اگر ترکیب این ماگما مافیک باشد، یعنی حاوی آهن و منیزیم باشد، گابرو شکل می‌گیرد. در صورتیکه ترکیب شیمیایی ماگما، حدواسط باشد (نه اسیدی و نه مافیک) سنگی که تشکیل می‌شود، دیوریت خواهد بود.

جزئیات تشکیل هر یک از نفوذی هایی که نام برده شد (گرانیت، دیوریت، گابرو) با دیگری متفاوت است که در اینجا مجال بحث آن نیست.

تشکیل سنگ آذرین بیرونی

سنگ‌های آذرین بیرونی به صورت بسیار متنوع‌تری نسبت به درونی‌ها شکل می‌گیرند.

• جاری شدن جریان گدازه به آرامی بر روی سطح زمین. این گدازه ها عمدتاً ترکیب مافیک دارند و منجر به ایجاد سنگ‌هایی با ترکیب بازالت می‌گردند.
• انفجار ماگما از داخل زمین به صورت آتشفشان و پرتاب گدازه از دهانه آتشفشان در اطراف دهانه و یا فواصل دورتر. این مورد به میزان اسیدی بودن ماگما بستگی دارد. هرچه ماگما حاوی سیلیس بیشتری باشد، پرتاب گدازه شدیدتر خواهد بود.
• گاه فعالیت آتشفشان به صورت گدازه نیست؛ بلکه قطعات سنگ و خاکستر از خود خارج می‌کند. در این صورت سنگ‌های آتشفشانی مانند توفیت، لایپلی، پامیس و اسکوری ایجاد می‌شوند.

ترکیب شیمیایی Igneous rocks

اکثر سنگ‌های آذرین از کانی‌های سیلیکات تشکیل شده‌اند. به این معنی که بلوک‌های ساختمانی اصلی برای ماگماهایی که آنها را تشکیل می‌دهند از سیلیسیم [Si] و اکسیژن [O] ساخته شده‌اند. اما در موارد جزئی، سنگ‌های آذرین غنی از کربنات نیز وجود دارد. در سال 1960 یک گدازه کربنات سدیم (Na2CO3) با تنها 0.05 درصد وزنی سیلیس (SiO2) از Ol Doinyo Lengai، آتشفشانی در شمال تانزانیا، آفریقا فوران کرد. سنگ‌های آذرین غنی از کربنات بسیار کمیاب و محدود هستند. از این رو، در اینجا فقط شیمی سنگ‌های سیلیکاته را بررسی کرده‌ایم.

اکسیدهای اصلی سنگ‌ها به طور کلی با محتوای سیلیس آنها همبستگی خوبی دارد؛ به این صورت که سنگ‌هایی که مقدار سیلیس‌شان کم است، غنی از اکسید منیزیم (MgO) و اکسیدهای آهن (FeO, Fe2O3, Fe3O4) هستند. در مقابل، تهی از سودا (Na2O) و پتاس (K2O) هستند.

سنگ‌های آذرینی که محتوای سیلیس‌شان زیاد است، از اکسید منیزیم و اکسیدهای آهن تهی می‌شوند اما غنی سودا و پتاس هستند.

در سنگ‌هایی که مقدار Si کمتر از حدود 45 درصد وزنی است، اکسید کلسیم (CaO) و آلومینا (Al2O3) وجود ندارد یا بسیار اندک و قابل چشم پوشی است. اما، بالای 45 درصد Si، اکسید کلسیم می‌تواند تا 10 درصد باشد. به تدریج با افزایش سیلیس، مقدار اکسید کلسیم کاهش می‌یابد.

در سنگهایی که حاوی بیش از 45 درصد سیلیس هستند، آلومینا عموماً بالای 14 درصد وزنی است. بیشترین فراوانی آلومینا در سنگ های آذرینی است که مقدار سیلیس در حد متوسط و حدود 56 درصد وزنی باشد.

انواع سنگ آذرین بر اساس مقدار Si

مقدار سیلیس (Si) در سنگ‌های آذرین بسیار مهم است و معیاری برای طبقه بندی سنگ‌های آذرین به انواع مختلف زیر می‌باشد:

1. سنگ‌های آذرین فلسیک: سنگ‌هایی که بیش از 66 درصد سیلیس دارند. به سنگ‌های آذرین فلسیک، آذرین اسیدی نیز گفته می‌شود، یک اصطلاح قدیمی و بی اعتبار که متأسفانه جا افتاده است.
2. سنگهای آذرین حد واسط: ​​ 55 تا 66 درصد سیلیس دارند.
3. سنگ‌های آذرین ساب سیلیسی: سنگهایی با کمتر از 55 درصد سیلیس.

سنگ های آذرین ساب سیلیس، خود به دو گروه تقسیم می شوند:

1. سنگ‌های آذرین مافیک: حاوی 45-55 درصد سیلیس.
2. سنگ‌های آذرین اولترامافیک: کمتر از 45 درصد سیلیس.

سنگ های ساب سیلیسی غنی از عناصر آهن و منیزیم، فمیک (femic) نام دارند. اما در کل، از اصطلاح مافیک برای آن استفاده می‌شود.

مقدار سیلیس منعکس کنندۀ کانی شناسی سنگ آذرین

مقدار Si علاوه بر اینکه برای طبقه بندی سنگ‌های آذرین (فلسیک، حد واسط و مافیک) کاربرد دارد، ترکیب معدنی سنگ را نیز منعکس می‌کند. هنگامی که ماگما سرد می‌شود و شروع به متبلور شدن می‌کند، Si از ماگما گرفته می‌شود تا با اکسیدهای کاتیونی دیگر ترکیب شود و کانی‌های سیلیکات را تشکیل دهد. به عنوان مثال، یک مول SiO2 با یک مول MgO ترکیب می‌شود تا پیروکسن غنی از منیزیم (انستاتیت: MgSiO3) تشکیل شود.

SiO2 + MgO → MgSiO3

گاهی اوقات در ماگما نسبت به اکسید منیزیم، Si کافی برای تولید پیروکسن وجود ندارد. در این صورت، ماگما با ساختن یک منیزیم-الیوین (فورستریت؛ Mg₂SiO₄) همراه با پیروکسن جبران می‌کند، زیرا الیوین تنها به یک Si نیاز دارد. نیمی از سیلیس برای هر مول اکسید منیزیم کافیست. این حالت معمولاً در سنگ‌های ساب سیلیسی رخ می‌دهد که مشخصاً دارای کانی‌های سیلیکاتی مانند منیزیم-الیوین، سدیم-نفلین و لوسیت هستند. (سدیم نفلین ((NaAlSiO₄ برای هر مول سدیم [Na] فقط به یک مول Si نیاز دارد.

در ماگماهای فلسیک، کانی آلبیت (NaAlSi₃O₈) برای آنکه بتواند تشکیل شود، به ازای یک مول سدیم، به سه مول سیلیس نیاز دارد. فلدسپات ارتوکلاز (KAlSi₃O₈) نیز به ازای یک مول پتاسیم، به سه مول سیلیس نیاز دارد. واضح است که کوارتز در این سنگ ها وجود نخواهد داشت.

از طرف دیگر، گاه ماگمای سیلیسی ممکن است سیلیس اضافی داشته باشد؛ به طوری که پس از تشکیل تمام کانی های سیلیکاتی، مقداری Si باقی بماند. سیلیس “آزاد” باقی مانده به صورت کوارتز یا چند شکلی آن متبلور می‌شود.

کانی شناسی Igneous rock

به طور کلی، کانی‌شناسی سنگ‌های آذرین را می‌توان به دو گروه فلسیک (فلدسپات و سیلیس) و مافیک (منیزیم و آهن آهن) تقسیم کرد.

کانی‌های فلسیک عبارتند از کوارتز، تری دیمیت، کریستوبالیت، فلدسپات ها (پلاژیوکلاز و فلدسپات قلیایی)، فلدسپاتوئیدها (نفلین و لوسیت)، مسکویت و کوراندوم.

کانی‌های مافیک شامل الیوین، پیروکسن‌ها، آمفیبول‌ها و بیوتیت‌ها هستند که همگی تیره رنگ هستند. رنگ تیرۀ این کانی‌ها ناشی از وجود آهن و منیزیم است.

کانی‌های فلسیک، آهن و منیزیم ندارند. نبود آهن و منیزیم باعث می‌شود تا رنگ این کانی‌ها روشن باشد؛ از این رو، به آن‌ها یا لوکوکراتیک می‌گویند. در مقابل، کانی‌های مافیک ملانوکراتیک هستند. وجود کانی‌های مافیک، رنگ تیره به سنگ آذرین می‌بخشد.

درصد کل اشغال سنگ توسط کانی‌های مافیک با اصطلاحی به نام شاخص رنگ مشخص می شود. به عبارت دیگر، اصطلاح شاخص رنگ به درصد کل اشغال سنگ توسط کانی های مافیک اشاره دارد. شاخص رنگ در سنگ‌های فلسیک کمتر از 50 و در سنگ‌های مافیک بالای 50 است. سنگ‌هایی که دارای شاخص رنگ بالای 90 هستند، اولترامافیک نامیده می‌شوند.

این اصطلاحات فقط برای محتوای کانی‌شناسی سنگ‌های آذرین استفاده می‌شوند. زیرا لزوماً با اصطلاحات شیمیایی ارتباط مستقیمی ندارند. به عنوان مثال، یک سنگ فلسیک که تقریباً به طور کامل از کانی پلاژیوکلاز تشکیل شده است، از نظر شیمیایی، یک سنگ مافیک ساب سیلیسی است. مثال دیگر یک سنگ آذرین است که فقط از پیروکسن تشکیل شده است. این سنگ از نظر کانی شناسی، اولترامافیک است. اما از نظر شیمیایی، محتوای سیلیس یک سنگ آذرین مافیک، حدود 50 درصد است.

آذرین های اشباع و فوق اشباع

کانی‌هایی مانند اولیوین منیزیم، نفلین و لوسیت را اشباع نشده و سنگ‌های ساب سیلیسی (مافیک و الترامافیک) که حاوی این کانی‌ها هستند را نیز اشباع نشده می‌نامیم.

سنگ‌های آذرینی که سیلیس اضافی دارند، سنگ های سیلیسی دارای کوارتز و پیروکسن منیزیم، سنگ‌های فوق اشباع نامیده می‌شوند.

تأثیر فوقِ اشباع و اشباعِ کم بر کانی شناسی سنگ آذرین نشان می‌دهد که در طی تبلور ماگما، کانی‌های فوق اشباع نمی‌توانند همراه با کانی‌های اشباع نشده شکل گیرند. کانی‌های فوق اشباع شامل کوارتز و پلی مورف‌های آن و یک پیروکسن ارتورومبیک کم کلسیم است. اینها نمی‌توانند با هیچ یک از فلدسپاتوئیدها (به عنوان مثال، لوسیت و نفلین) و یا الیوین غنی از منیزیم همزمان در یک سنگ آذرین وجود داشته باشند.

کاربرد سنگ آذرین چیست؟

حال که اطلاعات جامعی در مورد سنگ‌های آذرین به دست آورید و با انواع آن آشنا شدید، خوب است با کاربردهای این سنگ‌های جالب نیز آشنا شوید. برخی از مهمترین کاربردهای سنگ‌ها و کانی‌های آذرین در ادامه بیان شده است.

• استفاده به عنوان سنگ ساختمانی جهت سنگ نما، سنگ کف، سنگ پله، سنگ سرویس بهداشتی، سنگ لاشه و غیره.
• به صورت لوح برای روی میزهای پذیرایی لوکس، کانترها و سنگ کابینت آشپزخانه.
• استفاده به عنوان سنگ‌ قیمتی زینتی در تزئین و معماری داخلی.
• استفاده به عنوان سنگ‌ و کانی قیمتی در جواهر سازی (کوارتز، آمتیست، زیرکن و غیره)
• ساخت مصنوعات سنگی.
• ساخت میلگرد بازالت.

مزیت ها

• سنگ‌های آذرین سنگ‌های بسیار مقاوم، سخت و بادوام هستند و مقاومت فشاری و مکانیکی بسیار خوبی دارند.
• سال‌های سال برای شما کار می‌کنند و از این نظر، صرفۀ اقتصادی خوبی دارند.
• میزان جذب آبشان پایین است؛ از این رو، در زمرۀ سنگ‌های ساختمانی مرغوب جا دارند.
• زیبا هستند و استفاده از آن‌ها در ساختمان، بر جلوه و شکوه ساختمان و قیمت آن می‌افزاید و حس لوکس بودن به آن می‌بخشد.

قیمت سنگ آذرین

قیمت سنگ آذرین بسته به نوعِ آن متفاوت است. رنگ سنگ، میزان ساب خوردگی و صیقل داده شدن سنگ و تمیز بودن برش سنگ نیز بر قیمت آن مؤثر است. همچنین کاربری سنگ بر قیمت سنگ آذرین تأثیر اساسی دارد. به عنوان مثال، قیمت سنگ بازالت ساختمانی بیشتر از قیمت پوکه معدنی است. زیرا پروسه های فنی و صنعتی برای تولید بازالت برای استفاده از آن به عنوان سنگ ساختمانی لازم است. اما چنین پروسه‌ای برای آماده‌سازی پوکه معدنی لازم نیست. حتی ممکن است یک سنگ خاص قیمت‌های متفاوتی در برندهای خود داشته باشد. مثلاً قیمت گرانیت برند مشهد ارزان‌تر از قیمت گرانیت نطنز است.