Đá được hình thành như thế nào? Hành trình kiến tạo kỳ diệu của mẹ thiên nhiên

Trái Đất của chúng ta được cấu tạo từ vô vàn loại đá với đủ hình dạng, màu sắc và đặc tính khác nhau. Mỗi tảng đá mà chúng ta thấy, từ những ngọn núi hùng vĩ đến viên sỏi nhỏ dưới chân, đều mang trong mình một câu chuyện về sự kiến tạo kỳ diệu của tự nhiên. Vậy, đá được hình thành như thế nào? Có ba loại đá chính, mỗi loại được tạo ra qua một quá trình địa chất độc đáo.

Chu trình đá là gì?

Chu trình đá là một mô hình địa chất giải thích cách các loại đá được hình thành, phá hủy và tái tạo thông qua các quá trình vật lý, hóa học và sinh học trong hàng triệu năm. Nó cho thấy không có loại đá nào là vĩnh cửu ở dạng nguyên thủy của nó, mà tất cả đều có thể biến đổi thành loại đá khác dưới những điều kiện thích hợp. Chu trình này được thúc đẩy bởi hai nguồn năng lượng chính:

• Năng lượng từ bên trong Trái Đất: Gây ra nhiệt độ cao, áp suất lớn và các hoạt động kiến tạo như núi lửa, động đất, và sự dịch chuyển mảng kiến tạo.
• Năng lượng từ bên ngoài Trái Đất (chủ yếu là Mặt Trời): Thúc đẩy các quá trình trên bề mặt như phong hóa, bào mòn, vận chuyển vật liệu.

Đá mácma là gì?

Đá mácma (Igneous Rocks) là loại đá đầu tiên được hình thành trong chu trình đá, và có lẽ là loại đá gắn liền nhất với câu hỏi đá được hình thành từ đâu khi nói đến nguồn gốc sơ khai của Trái Đất. Chúng được tạo ra từ sự nguội đi và kết tinh của vật liệu nóng chảy: magma (nếu ở dưới lòng đất) hoặc dung nham (nếu phun trào lên bề mặt).

Mácma và dung nham: Sự khác biệt quan trọng

• Magma: Là vật chất nóng chảy nằm sâu bên trong lòng Trái Đất, thường ở nhiệt độ rất cao (600°C - 1300°C). Khi magma nguội đi và kết tinh dưới lòng đất, chúng tạo thành đá mácma xâm nhập (Intrusive Igneous Rocks) hay còn gọi là đá khối. Quá trình này diễn ra rất chậm, cho phép các tinh thể khoáng vật có đủ thời gian để phát triển lớn, rõ ràng. Ví dụ điển hình là đá granit. Một khối đá granit tự nhiên với các tinh thể khoáng vật lớn có thể nhìn thấy rõ.
• Dung nham: Là magma đã phun trào lên bề mặt Trái Đất thông qua các núi lửa hoặc khe nứt. Khi dung nham nguội đi nhanh chóng trên bề mặt hoặc dưới đáy biển, chúng tạo thành đá mácma phun trào (Extrusive Igneous Rocks) hay còn gọi là đá núi lửa. Quá trình nguội nhanh không cho phép các tinh thể phát triển lớn, nên đá thường có hạt rất mịn hoặc cấu trúc thủy tinh. Ví dụ phổ biến là đá bazan và đá obsidian.

Đặc điểm của đá mácma

Đá mácma thường có cấu trúc tinh thể, rất cứng và bền. Thành phần khoáng vật và kết cấu tinh thể phụ thuộc vào tốc độ nguội đi của magma/dung nham.

Đá trầm tích 

Đá trầm tích (Sedimentary Rocks) là loại đá được hình thành từ sự tích tụ và nén chặt của các vật liệu vụn hoặc chất hóa học kết tủa. Đây là quá trình liên quan đến sự phân hủy, vận chuyển và lắng đọng của các vật liệu trên bề mặt Trái Đất.

Quá trình hình thành đá trầm tích

1. Phong hóa và bào mòn: Đá hiện có (mácma, biến chất, hoặc trầm tích cũ) bị phá vỡ thành các mảnh vụn nhỏ hơn do tác động của gió, nước, băng, nhiệt độ và các yếu tố hóa học.
2. Vận chuyển: Các mảnh vụn (gọi là trầm tích) được vận chuyển bởi nước, gió hoặc băng đến các vùng trũng thấp như đáy hồ, sông, hoặc đại dương.
3. Lắng đọng: Khi năng lượng của tác nhân vận chuyển giảm, các trầm tích sẽ lắng đọng xuống, tạo thành các lớp. Lớp trầm tích mới lắng đọng sẽ đè lên lớp cũ.
4. Nén chặt và gắn kết (Lithification): Qua hàng triệu năm, các lớp trầm tích tích tụ ngày càng dày, trọng lượng của các lớp trên sẽ nén chặt các lớp dưới. Đồng thời, các khoáng chất hòa tan trong nước ngầm sẽ lấp đầy các khoảng trống giữa các hạt trầm tích, hoạt động như "xi măng" gắn kết chúng lại với nhau, tạo thành đá trầm tích.

>>> Hiểu rõ hơn về: Vàng hình thành như thế nào

Các loại đá trầm tích phổ biến

• Đá trầm tích cơ học: Hình thành từ các mảnh vụn của đá khác, ví dụ: đá cát kết (từ cát), đá phiến sét (từ bùn và sét).
• Đá trầm tích hóa học: Hình thành từ sự kết tủa của các khoáng chất hòa tan trong nước, ví dụ: đá vôi (từ calcite).
• Đá trầm tích hữu cơ: Hình thành từ tàn tích của sinh vật, ví dụ: than đá (từ thực vật), đá vôi san hô (từ vỏ sò ốc, san hô).

Đá biến chất 

Đá biến chất (Metamorphic Rocks) là loại đá được hình thành từ sự biến đổi của các loại đá đã tồn tại trước đó (mácma, trầm tích, hoặc thậm chí là biến chất khác) dưới tác động của nhiệt độ cao, áp suất lớn và hoạt động hóa học trong lòng đất. Quá trình này không làm đá bị nóng chảy hoàn toàn.

Yếu tố tạo nên sự biến chất

• Nhiệt độ: Thường do sự vùi lấp sâu trong vỏ Trái Đất (nơi nhiệt độ tăng cao theo độ sâu) hoặc do tiếp xúc với các khối magma nóng chảy. Nhiệt độ cao làm thay đổi cấu trúc tinh thể và thành phần khoáng vật của đá.
• Áp suất: Do trọng lượng của các lớp đá phía trên hoặc do lực ép từ các hoạt động kiến tạo (ví dụ: va chạm mảng kiến tạo). Áp suất có thể làm cho các hạt khoáng vật sắp xếp lại theo hướng nhất định, tạo ra cấu trúc phiến (foliation).
• Chất lỏng hoạt động hóa học: Nước nóng chứa các ion hòa tan có thể di chuyển qua đá, phản ứng với các khoáng vật và tạo ra các khoáng vật mới.

Ví dụ về đá biến chất

• Đá hoa (Marble): Biến chất từ đá vôi.
• Đá phiến (Slate): Biến chất từ đá sét.
• Gơnai (Gneiss): Biến chất từ granit hoặc đá trầm tích giàu fenspat, có cấu trúc phân dải rõ ràng.

Đá quý hình thành như thế nào? 

Câu hỏi đá quý hình thành như thế nào thực chất là một phần của quá trình hình thành đá nói chung, nhưng đòi hỏi những điều kiện đặc biệt và hiếm có.

Sự hình thành đá quý về cơ bản tuân theo các nguyên tắc của ba loại đá trên, nhưng với các yếu tố bổ sung:

• Khoáng vật hiếm: Đá quý được tạo thành từ các khoáng vật hiếm hoặc có cấu trúc tinh thể đặc biệt, ví dụ: carbon (kim cương), beryl (ngọc lục bảo, ngọc xanh biển), corundum (ruby, sapphire).
• Điều kiện địa chất cụ thể:
• Kim cương: Hình thành sâu trong lòng đất (hơn 150 km) dưới áp suất và nhiệt độ cực cao, sau đó được đưa lên bề mặt bởi các vụ phun trào núi lửa đặc biệt (ống kimberlite).
• Ruby và Sapphire: Là các biến thể của khoáng vật corundum, hình thành trong các đá biến chất hoặc đá mácma giàu alumina dưới điều kiện nhiệt độ và áp suất nhất định. Màu sắc của chúng do các tạp chất vi lượng gây ra (crom cho ruby đỏ, sắt và titan cho sapphire xanh).
• Ngọc lục bảo: Là một loại beryl, thường hình thành trong các mạch nhiệt dịch hoặc đá biến chất khi có sự hiện diện của crom hoặc vanadi tạo màu xanh đặc trưng.
• Ngọc trai: Khác với các loại đá quý khác, ngọc trai được hình thành sinh học bên trong cơ thể loài nhuyễn thể (hàu, trai) như một cơ chế tự vệ khi vật thể lạ xâm nhập.
• Quá trình hình thành đá quý thường kéo dài hàng triệu năm, và đòi hỏi sự kết hợp chính xác của các yếu tố hóa học, nhiệt độ, áp suất và không gian để các tinh thể phát triển với độ trong, màu sắc và độ cứng lý tưởng.

>>> Hiểu rõ hơn về: Đá biến chất được hình thành như thế nào

Kết luận

Từ magma nóng chảy, trầm tích tích tụ đến sự biến đổi dưới lòng đất, mỗi loại đá đều có một hành trình hình thành riêng biệt và thú vị. Việc hiểu rõ đá được hình thành như thế nào không chỉ giúp chúng ta trân trọng hơn vẻ đẹp và sự đa dạng của thế giới tự nhiên mà còn cung cấp những kiến thức cơ bản về lịch sử và cấu tạo của hành tinh chúng ta. Những viên đá quý, với vẻ đẹp lấp lánh của chúng, chỉ là những ví dụ nổi bật nhất trong chu trình đá không ngừng nghỉ này, minh chứng cho sức mạnh kiến tạo vĩ đại của Trái Đất.