Đá granite

Granite, còn được biết đến là đá granit (hay viết là gra-nít, gờ-ra-nít, từ tiếng Pháp granite /ɡʁanit/), là loại đá mácma xâm nhập phổ biến với thành phần axít. Granite có cấu trúc hạt từ trung bình đến thô, và khi có các tinh thể lớn nổi bật, được gọi là cấu trúc porphia hay nổi ban. Granite có màu từ hồng đến xám đen, tùy thuộc vào thành phần hóa học và khoáng vật cấu thành. Các khối granite thường lộ ra ngoài và có xu hướng tròn cạnh khi phong hóa. Đôi khi, granite xuất hiện dưới dạng trũng tròn bao quanh bởi các dãy đồi hình thành qua biến chất tiếp xúc nhiệt hoặc sừng hóa.

Granite thường có cấu trúc khối, cứng và xù xì, được sử dụng phổ biến trong xây dựng. Tỷ trọng trung bình khoảng 2.75 g/cm³, độ nhớt ở điều kiện tiêu chuẩn là ~4.5 • 10 Pa•s.

Khoáng vật học

Granit được phân loại theo biểu đồ QAPF dành cho đá granitoit hạt thô, với tên gọi dựa trên tỷ lệ của thạch anh, fenspat kiềm (như Orthoclas, sanidin, hoặc microclin) và plagiocla trên hơn nửa biểu đồ A-Q-P. Granit thực sự, theo khái niệm thạch học hiện đại, bao gồm cả plagiocla và fenspat kiềm. Nếu granitoit không chứa hoặc chỉ có ít plagiocla, thì gọi là granit kiềm. Granit có ít hơn 10% Orthoclas được gọi là tonalit; các khoáng vật phổ biến trong tonalit là pyroxen và amphibol. Granit có cả muscovit và biotit được gọi là granit hai mica. Granit hai mica thường chứa nhiều fenspat kali và ít plagiocla, còn gọi là granit kiểu S hoặc kiểu A. Phiên bản phun trào có thành phần hóa học tương tự granit được gọi là ryolit. Granit nguyên thủy có độ thấm sơ cấp thấp nhưng độ thấm thứ cấp cao.

Thành phần khoáng vật

Tỷ lệ trung bình của các khoáng vật trong granit trên toàn cầu được phân loại theo phần trăm khối lượng, từ cao đến thấp như sau:

• SiO₂ — 72.04%
• Al₂O₃ — 14.42%
• K₂O — 4.12%
• Na₂O — 3.69%
• CaO — 1.82%
• FeO — 1.68%
• Fe₂O₃ — 1.22%
• MgO — 0.71%
• TiO₂ — 0.30%
• P₂O₅ — 0.12%
• MnO — 0.05%

Dựa trên 2485 mẫu phân tích

Phân bố

Granit là loại đá chiếm phần lớn vỏ lục địa của Trái Đất. Thường xuất hiện dưới dạng các khối nhỏ, có diện tích nhỏ hơn 100 km², hoặc trong các thể batholith, thường liên kết với các dãy núi. Các mạch nhỏ có thành phần tương tự granit gọi là mạch aplit, thường nằm ở rìa của khối xâm nhập granit. Ở một số khu vực, granit còn kết hợp với các khối pegmatit hạt rất thô. Granit đã xâm nhập vào lớp vỏ Trái Đất qua nhiều giai đoạn địa chất, chủ yếu từ thời kỳ tiền Cambri. Đá granit là nền đá cơ bản dưới lớp đá trầm tích mỏng trong vỏ lục địa.

Ngoài sự phân bố rộng rãi trên toàn cầu, một số khu vực nổi tiếng với các mỏ granit bao gồm: Brasil - Phần Lan - Ấn Độ - Na Uy - Bồ Đào Nha (Chaves - Vila Pouca de Aguiar) - Tây Ban Nha (Galicia - Extremadura) - miền nam châu Phi (Angola - Namibia - Nam Phi - Zimbabwe) - Thụy Điển (Bohuslän) - Hoa Kỳ (New Hampshire - Vermont - Minnesota - Bắc Carolina)

Nguồn gốc

Granit là loại đá xâm nhập hình thành từ mácma. Mácma granit có thể xuất phát từ nhiều nguồn khác nhau và thường xuyên xuyên cắt qua các loại đá khác. Đa số các dạng xâm nhập của granit hình thành trong lớp vỏ Trái Đất, thường ở độ sâu từ 1.5 đến 50 km trong vỏ lục địa mỏng. Do sự đa dạng về nguồn gốc, có nhiều cách phân loại khác nhau cho đá granit, với các hệ thống phân loại Pháp, Anh và Mỹ thường dẫn đến sự nhầm lẫn do cách xác định khác nhau. Phân loại 'alphabet-soup' thường được sử dụng rộng rãi vì nó dựa trên nguồn gốc của mácma.

Nguồn gốc địa hóa

Các khối granitoit kết tinh từ mácma và vì vậy có thành phần gần với điểm eutectic (nhiệt độ thấp nhất trên đường cong cotectic). Mácma tiến hóa theo đường eutectic nhờ vào sự phân dị mácma, hoặc do chúng biểu hiện cấp thấp trong mácma nóng chảy. Kết tinh phân đoạn làm giảm hàm lượng sắt, magiê, titan, canxi và natri, đồng thời làm tăng lượng kali và silic. Fenspat kiềm (giàu kali) và thạch anh là hai thành phần chính của granit.

Quá trình này liên quan đến nguồn gốc của mácma tạo ra granit, cũng như thành phần hóa học của nó. Thành phần và nguồn gốc của mácma granit cũng phản ánh dấu hiệu của khoáng vật và địa hóa của đá nguồn trước khi tan chảy thành mácma. Thành phần hóa học, cấu trúc và khoáng vật của granit cuối cùng thường khác biệt so với nguồn gốc của nó. Ví dụ, granit hình thành từ đá trầm tích nóng chảy có thể chứa nhiều fenspat kali, trong khi granit kết tinh từ bazan nóng chảy có thể giàu plagiocla. Đây là sự phân loại 'alphabet' hiện đại.

Phân loại Alphabet soup

Chappell và White lần đầu tiên đề xuất phương pháp phân loại này, chia granit thành hai nhóm chính: granit kiểu I và granit kiểu S, còn gọi là granit có nguồn gốc từ đá trầm tích. Cả hai loại granit này đều hình thành từ sự nóng chảy của các đá biến chất cấp cao, đá granit hoặc các đá xâm nhập mafic khác, hoặc có thể từ các đá trầm tích.

Kiểu M hay kiểu manti được phân loại sau này để chỉ các đá granit hình thành từ mácma mafic có nguồn gốc từ manti. Loại này rất hiếm gặp vì việc chuyển đổi từ bazan thành granit thông qua quá trình kết tinh phân đoạn là rất khó khăn.

Granit kiểu A- hay còn gọi là granit tạo sơn được hình thành trên các hoạt động phun trào núi lửa kiểu 'điểm nóng', với các đặc điểm khoáng vật học và địa hóa khác biệt. Những loại granit này xuất phát từ sự nóng chảy của phần bên dưới vỏ Trái Đất trong điều kiện rất khô (không có dung dịch tham gia). Ví dụ điển hình là các đá ryolit ở Yellowstone caldera, có thành phần tương tự với granit kiểu A.

Granit hóa

Trước đây, thuyết phổ biến cho rằng sự granit hóa chỉ xảy ra khi granit hình thành tại chỗ qua quá trình biến chất, với dung dịch mang theo các nguyên tố như kali và loại bỏ các nguyên tố khác như canxi trong đá biến chất để tạo thành granit. Quá trình này được cho là xảy ra qua một vùng chuyển động. Việc tạo ra granit từ đá biến chất bằng cách nung nóng rất khó khăn, nhưng có thể quan sát được quá trình hình thành đá amphibolit và granulit. Sự granit hóa và tan chảy do biến chất khó nhận diện trừ khi có sự hiện diện của leucosome và melanosome trong đá granit. Khi đá biến chất bị nóng chảy, nó không còn là đá biến chất mà trở thành mácma. Do đó, đá có thể cho thấy dấu hiệu chuyển tiếp giữa hai loại đá, nhưng granit không nhất thiết phải xâm nhập vào các đá khác. Trong mọi trường hợp, việc làm nóng đá ở trạng thái rắn yêu cầu nhiệt độ cao, và nước cũng như các chất dễ bay hơi khác đóng vai trò quan trọng như chất xúc tác để giảm nhiệt độ hóa rắn của đá.

Dâng lên và tan chảy

Quá trình dâng lên và tan chảy tạo ra một lượng lớn granit ở phần trên của vỏ lục địa và vẫn là chủ đề tranh cãi giữa các nhà địa chất. Các cơ chế mà họ đề xuất thường thiếu dấu hiệu thực tế, chủ yếu dựa vào các giả thuyết từ số liệu thu thập được. Có hai giả thuyết chính về sự dâng lên của mácma trong vỏ Trái Đất:

• (Stokes Diapir): mácma dâng lên như một khối xâm nhập và phá hủy các đá nằm trên nó
• Fracture Propagation: mácma dâng lên qua các khe nứt (đứt gãy)

Trong hai cơ chế này, Stokes diapir đã được sử dụng nhiều năm mà không có lý do thay thế. Ý tưởng cơ bản là mácma xâm nhập vào vỏ Trái Đất như một khối độc lập theo nguyên tắc đẩy nổi. Khi mácma dâng lên, nó nung chảy các đá xung quanh, dẫn đến ứng xử theo định luật Newton cho chất lưu, và dòng chảy này được bao bọc bởi khối đá mácma, giúp nó di chuyển nhanh hơn mà không bị mất nhiều nhiệt (Weinberg, 1994). Điều này hợp lý với phần dưới của vỏ, nơi đá nóng, dẻo, dễ biến dạng, nhưng không phù hợp với phần trên của vỏ, nơi đá lạnh hơn và giòn hơn. Khi mácma dâng lên trong ống (pluton), nó phải tiêu tốn nhiều nhiệt hơn để làm nóng các đá xung quanh, dẫn đến chúng bị lạnh và hóa rắn trước khi xâm nhập lên phần trên của vỏ Trái Đất.

Hiện nay, các nhà địa chất thường áp dụng cơ chế xâm nhập qua đứt gãy (fracture propagation) để giải thích các vấn đề liên quan đến sự di chuyển của các khối mácma lớn trong vỏ Trái Đất, nơi mà đá ở dạng lạnh và giòn. Mácma thường dâng lên qua các kênh nhỏ dọc theo hệ thống đứt gãy đã có sẵn, và mạng lưới các đới căng giãn (chịu ứng suất cắt) sẽ tiếp tục hoạt động, kết tinh lại giữa các đứt gãy, tạo thành các dyke theo cơ chế tự chèn (Clemens, 1998). Khi các kênh dẫn mở ra, dòng mácma đầu tiên sẽ lấp đầy, hóa rắn và tạo ra một dạng cản nhiệt để các dòng mácma sau có thể tiếp tục xâm nhập.

Để hình thành đá xâm nhập, mácma granit cần tạo ra không gian riêng cho chính nó hoặc xâm nhập vào các đá khác. Một số cơ chế tổng quát được đưa ra để giải thích sự tồn tại của các khối batholith lớn là:

• Đẩy lên, nơi mà granit phá vỡ đá xung quanh và đẩy các khối đá bên trên vỏ Trái Đất lên trên
• Đồng hóa, nơi mà granit tiếp tục tan chảy và di chuyển lên trên, đẩy các vật liệu bên trên theo đường đi của nó
• Phồng lên, nơi mà khối granit phồng lên khi bị ép và tiêm nhập vào vị trí của nó

Hiện nay, đa số các nhà địa chất đồng ý rằng sự kết hợp của các hiện tượng này có thể giải thích sự xâm nhập của granit, và không phải tất cả các đá granit đều có thể được giải thích hoàn toàn bằng một cơ chế duy nhất hoặc một cơ chế khác.

Phóng xạ tự nhiên

Granit, giống như nhiều loại đá tự nhiên khác, có khả năng phát xạ phóng xạ tự nhiên. Tuy nhiên, một số loại granit có thể có mức phóng xạ cao và tiềm ẩn nguy cơ. Một số loại granit có hàm lượng urani dao động từ 10 đến 20 ppm, trong khi các đá mafic như tonalit, gabbro hoặc diorit thường có hàm lượng urani thấp hơn, từ 1 đến 5 ppm. Đá vôi và đá trầm tích có mức phóng xạ thấp hơn nhiều. Một số ống dẫn granit lớn có thể chứa các kênh dẫn cổ hoặc tích tụ quặng urani, nơi urani bị rửa trôi và tích tụ cùng với trầm tích, tạo ra mức phóng xạ cao. Các cộng đồng sống trên nền đá granit có thể bị phơi nhiễm phóng xạ cao hơn so với những khu vực khác. Hầm và phòng xây dựng trên nền đá granit có thể giữ lại khí radon, một khí hiếm nặng hơn không khí và là sản phẩm phân rã của urani. Radon có thể xâm nhập vào nhà qua giếng khoan và có thể gây hại cho sức khỏe, là nguyên nhân gây ung thư thứ hai tại Mỹ sau khói thuốc lá.

Tuy nhiên, trong hầu hết các trường hợp, granit vẫn là nguồn phóng xạ tự nhiên phổ biến hơn so với nhiều loại đá khác. Có nhiều tài liệu từ các cơ quan khảo sát địa chất quốc tế có sẵn trực tuyến, cung cấp thông tin về các nguy cơ phóng xạ tại các khu vực có granit cũng như các biện pháp phòng chống sự tích tụ khí radon trong nhà và nhà kính.

Một nghiên cứu của National Health and Engineering Inc ở Mỹ vào tháng 11 năm 2008 đã kiểm tra các mẫu đá granit dùng làm mặt bàn. Nghiên cứu này không phát hiện loại đá granit nào gây nguy hiểm cho sức khỏe. Hàm lượng radon và phóng xạ của các mẫu đá đều nằm dưới mức trung bình và kết quả này khá phổ biến ở Mỹ. Dựa trên thí nghiệm của hơn 400 mẫu thuộc 115 loại đá granit dùng làm mặt bàn, các nhà khoa học không phát hiện vấn đề nghiêm trọng. Khoảng 80% các loại đá granit trên thị trường tiêu thụ ở Mỹ đã được kiểm tra trong nghiên cứu này.

Sử dụng

Thời kỳ cổ đại

Kim tự tháp đỏ ở Ai Cập, được xây dựng vào thế kỷ 26 trước Công Nguyên, nổi bật với lớp đá granit đỏ nhạt trên bề mặt. Đây là kim tự tháp lớn thứ ba tại Ai Cập. Cùng thời với kim tự tháp này, kim tự tháp của Menkaure cũng sử dụng các khối đá vôi và granit. Kim tự tháp lớn ở Giza (2580 TCN) chứa một quan tài bằng granit, được trang trí bằng 'granit đỏ Aswan'. Kim tự tháp đen, xây dựng vào thời Amenemhat III, gần như bị phá hủy hoàn toàn, nhưng các phần bằng granit được đánh bóng vẫn được trưng bày tại sảnh chính của Bảo tàng Ai Cập ở Cairo (xem Dahshur). Người Ai Cập cổ đại còn sử dụng granit để chế tác cột, giá cửa, ngạch cửa, chốt cửa, tường và lót nền nhà. Tiến sĩ Patrick Hunt cho rằng người Ai Cập đã dùng emery có độ cứng cao hơn để cắt các khối granit.

Các ngôi đền Hindu lớn ở miền Nam Ấn Độ, được xây dựng vào thế kỷ 11 dưới triều đại của vua Rajaraja Chola I, cũng sử dụng granit làm vật liệu chính. Khối lượng granit dùng trong các công trình này rất lớn, tương đương với Kim tự tháp lớn của Giza.

Hiện tại

Granit hiện được sử dụng phổ biến để chế tác đá khối, lót nền trong các tòa nhà công cộng và thương mại, cũng như bia tưởng niệm. Tại New England, granit thường được sử dụng làm móng nhà. Đường sắt granit, được xây dựng vào thập niên 1820, là tuyến đường sắt đầu tiên tại Mỹ, sử dụng granit khai thác từ các mỏ ở Quincy, Massachusetts và vận chuyển đến sông Neponset. Với sự gia tăng lượng mưa axít ở nhiều nơi trên thế giới, granit ngày càng thay thế đá hoa, loại đá từng được ưa chuộng. Granit được đánh bóng cũng là lựa chọn phổ biến cho mặt bàn trong nhà bếp nhờ vào độ bền và vẻ đẹp của nó.

Hiện nay, đá granite chủ yếu được chế tác thành các tấm dày 20 mm, với một mặt được đánh bóng, và được ứng dụng rộng rãi trong các công trình gia dụng và kiến trúc như ốp cầu thang, thang máy và mặt tiền. Các loại đá granite phổ biến và được ưa chuộng hiện tại bao gồm Đá Granite Kim Sa và Đá Granite Đỏ Ruby.

Bê tông chứa một lượng lớn cát có bề mặt gồ ghề tương tự như granite và thường được dùng làm vật liệu thay thế granite. Một khối lượng lớn granite đã được sử dụng để xây dựng đường sắt Haytor Granite Tramway tại Devon, Anh, vào năm 1820. Các viên đá curling có đường cong truyền thống được làm từ granite Ailsa Craig, với các viên đá đầu tiên được chế tác vào thập niên 1750 từ đảo Ailsa Craig ở Scotland. Vì loại granite này rất hiếm, giá của nó lên đến khoảng 1.500 USD. Khoảng 60-70% các viên đá curling hiện nay được sản xuất từ granite Ailsa Craig, mặc dù đảo này hiện là khu bảo tồn thiên nhiên và không còn khai thác đá.

Vách đá mô phỏng

Granit là một trong những loại đá được các nhà leo núi ưa chuộng nhờ vào sự chắc chắn và hệ thống khe nứt tự nhiên của nó. Những địa điểm nổi tiếng với vách đá granite dành cho leo núi bao gồm Yosemite, Bugaboos, dãy núi Mont Blanc (với các đỉnh như Aiguille du Dru, Aiguille du Midi và Grandes Jorasses), Bregaglia, Corse, các khu vực của Karakoram, dãy Fitzroy, Patagonia, đảo Baffin, bờ biển Cornish và Cairngorms.

Vách đá granite cũng có thể được tạo ra nhân tạo, ví dụ như trong các phòng tập thể dục và công viên trò chơi, nhằm mô phỏng cảm giác của granite thật. Hầu hết các vách đá này được làm từ vật liệu tổng hợp vì granite tự nhiên quá nặng để dán lên các tường tập leo, hoặc dùng trong các tòa nhà có tường cố định.

• Danh sách các khoáng vật
• Danh sách các loại đá khác nhau
• Đá xâm nhập
• Skarn
• Greisen
• Barre (Vermont) - 'Thủ đô granite của thế giới và là quê hương của Rock of Ages Corporation'
• Elberton, Georgia - 'Thủ đô granite của thế giới'
• Aberdeen, thành phố lớn thứ ba ở Scotland, còn được gọi là 'Thành phố granite'
• Quartz monzonit
• Granite Fall River
• Stone Mountain, Georgia

Các liên kết bên ngoài