1. DẪN NHẬP: THẾ NÀO LÀ SỰ HOÁ ĐÁ?

1.1 TỪ VẬT LIỆU BỞ RỜI HOÁ THÀNH ĐÁ.

Trên lý thuyết, có 3 bước là:
- Gôm tụ và trộn đều vật liệu bở rời,
- Sự nén dẽ vật liệu bở rời, thể tích bị giảm,
- Sự hoá xi măng.
Hiện tượng này được gọi chung là sự xuyên sinh (diagenesis), tạo ra chất kết dính phần bở rời lại với nhau, được gọi là xi măng. Xi măng này có sẵn giữa vật liệu bở rời với nhau, hay từ nơi khác tràn vào. May mắn lắm có thời gian địa lý làm việc này. Thường thường cần đến thời gian địa chất.

1.2. MÔI TRƯỜNG ẨM NƯỚC VÀ MÔI TRƯỜNG KHÔ.

Môi trường ẩm nước tạo sự xi măng hoá do kết tinh với nước thường xảy ra trong thuỷ quyển, kể cả nước trời mưa. Môi trường khô xảy ra dưới đất khô, khi nước bị áp và nhiệt lượng dư thừa bốc lên trên hết. Môi trường khô xảy ra tạo sự pôlime hoá vật liệu, khi điện tích âm và điện tích dương kết dính với nhau theo từ lực. Sự pôlime hoá thiên nhiên tạo được chất kết dính vô cơ và hữu cơ, hay cả hai. Từ đó gợi ý cho pôlime hoá làm chất composit, một loại đá nhân tạo rất hữu ích.
 

2. SỰ HOÁ ĐÁ NHỜ XI MĂNG KẾT TINH TRONG NƯỚC

Trong thiên nhiên, có rất nhiều xi măng kết dính các vật liệu bở rời trơ với nhau, làm thành đá. Đó là các carbonat, hidroxid, silicat v.v… như:
- CaCO₃
- (OH)₂Ca
- (OH)₃Fe
- CaSiO₂, MgSiO₂, v.v…

Sự kết tinh của vật liệu này xảy ra trong nước, vì mỗi tinh thể, khi kết tinh, đòi hỏi một số lượng nước n.H₂O tạo ra sự kết tinh đó. Nếu đưa nước đến chậm, xi măng gặp độ khô bất đắc dỉ, sẽ chậm tốc độ lại. Ví dụ: xi măng kết tinh trong 100 năm, thì phải đợi vài trăm năm nữa.
Trong sự bắt chước thiên nhiên, con người chế ra được xi măng Portland (xmP) gồm có đá vôi và đất sét nung ở 1450⁰C. XmP là silicat vôi, với lượng nước thừa dư, xmP sẽ kết tinh lại, làm một keo cứng dán dính vật trơ là cát, sạn sạch lại với nhau, tạo ra một bêtông.
Muốn làm cho sự cứng mau vốn có của xmP, chỉ trong vài giờ, thành cứng chậm trong 2 ngày, để thợ hồ dễ tạo hình, người ta trộn thêm cho bêtông một lượng ligno-sulfonate; nhờ đó, xmP có dịp ngấm nước từ từ, và bêtông trở nên cứng chắc hơn.
vậy bêtông làm bằng xmP kết tinh nhanh trong nước thừa dư. Đó là sự kết tinh trong môi trường ướt.

3. SỰ HOÁ ĐÁ NHỜ XI MĂNG PÔLIME KHỬ NƯỚC.

Còn trong môi trường khô thì sao? xmP hoàn toàn trơ. Đó là môi trường giữ cho xmP lâu “chết”.
Ở môi trường khô, có sự lập ra các cao phân tử, hay pôlime, là cho các vật liệu âm dương dính kết nhau theo từ lực. Nhiều loại đất có từ tính (-) như đất cao lanh. Nhiều vật liệu khác có từ tính dương (+) như vôi tôi (OH)₂Ca. Nếu đem vôi trộn vào đất sét, từ lực giúp cho đất sét kết hợp với vôi làm ra mội pôlime theo kiểu:
- đất sét – Ca - đất sét – Ca –
Pôlime bền chắc, quấn lấy các chất trơ chung quanh làm nên bêtông. Trong thiên nhiên, pôlime này cũng phổ biến, làm bêtông thành cứng rắn nhờ sự pôlime hoá khử nước.
Loại pôlime hoá trên đây gọi là gián tiếp, nhờ một số phân tử kết nhau lại. Còn loại pôlime trực tiếp chỉ có một loại nguyên tử, hay một loại phân tử kết dính nhau. Ví dụ các nhà khoa học Hoa Kỳ đã làm ra các đơn nguyên tử lưu huỳnh (S) kết dính nhau thành sợi ở 140⁰C. Còn các nhà khoa học Bỉ biến một khoáng vật cao lanh thành nam châm để hút lẫn nhau. Các loại trực tiếp khó làm hơn gián tiếp nên trong thương mãi người ta chọn một loại pôlime gián tiếp để thực hiện liên kết vô cơ, hầu tạo ra bêtông vô cơ, còn gọi là composite vô cơ, khác với composit hữu cơ, làm bằng chất keo hữu cơ, như formaldehit, expoxy, acryloite, melanin vốn là các pôlime hữu cơ.
 

4. SỰ HOÁ ĐÁ NHỜ XI MĂNG KẾT TINH KHÔ.

Ra khỏi môi trường thuỷ quyển, từ trên mặt đất xuống đến 100 Km, môi trường trở thành khô. Nhờ các yếu tố nào? Nhờ nén và nung. Bấy giờ sẽ có sự kết tinh khô, không có phân tử nước nào đi kèm. Môi trường khử nước làm bong luôn vành nước dày 0,2 µ quấn quanh hạt trầm tích khiến nó trần truồng và dính kết vào nhau. Ví dụ phân tử SiO₂, nếu kết tinh có nước, thành tinh thể mã não, có thành phần chính là SiO₂. Trong trường hợp kết tinh khô, nó tạo ra phân tử của tinh thể thạch anh, với sự kết tinh làm nên một loại pôlime – O – Si – O – O – Si – O – không có phân tử nào mà là cao phân tử silic, lớn hơn phân tử silic đến 10.000 lần.
Sự tạo ra thạch anh kết tinh kiểu này làm cho đá trở thành cứng chắc, cứng hơn đá cát, gọi là đá sừng hay đá thạch anh.

Hiện tượng tạo ra đá này gọi là sự biến chất, do sự nén mạnh và sự đốt nóng cao (trên 1000⁰C) gây nên. Nếu độ nén và độ nung cao hơn nữa, thì sự kết tinh không cần nước, tạo ra corindon dưới dạng emơri, tương đương với xaphia, ruby và spinel trong ruột đất (ở manti và dưới manti). Khoáng vật Al₂O₃ trở nên kết tinh theo mạng có tổ chức cứng rắn, lập nên công thức có 2 nhôm bao quanh bằng 3 oxy.
Đây cũng là tạo nên oxy kim loại, đưa đến việc tạo thành mỏ kim loại.
 

5. TỔNG KẾT

Ta có 3 bước để kết dính vật liệu là:
- Bước 1: Kết tinh trong môi trường nước, cho đến hết thuỷ quyển ngầm trong vỏ đất;
- Bước 2: Pôlime hoá trong môi trường khô, cho đến hết môi trường khô của thạch quyển;
- Bước 3: Kết tinh khô nằm ở đáy thạch quyển, mang tính biến chất toàn bộ.
Từ đó vào đến ruột đất, toàn là kết tinh môi trường khô, giữa 100 Km đến 300 Km cho spinel, xaphia và ruby. Nhưng đến 400 Km mới xuất hiện kim cương, kết tinh ở độ sâu cao, tạo một tinh thể đơn khoáng độc một nguyên tố C. Từ mạng tinh thể C của than chì đến mạng tinh thể của kim cương, có phải lượng biến thành chất không?