1. DẪN NHẬP: THẾ NÀO LÀ Sá»° HOÁ ĐÁ?

1.1 TỪ VẬT LIỆU BỞ RỜI HOÁ THÀNH ĐÁ.

Trên lý thuyết, có 3 bÆ°á»›c là:
- Gôm tụ và trá»™n đều vật liệu bở rời,
- Sá»± nén dẽ vật liệu bở rời, thể tích bị giảm,
- Sá»± hoá xi măng.
Hiện tượng này được gọi chung là sá»± xuyên sinh (diagenesis), tạo ra chất kết dính phần bở rời lại vá»›i nhau, được gọi là xi măng. Xi măng này có sẵn giữa vật liệu bở rời vá»›i nhau, hay từ nÆ¡i 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 nÆ°á»›c tạo sá»± xi măng hoá do kết tinh vá»›i nÆ°á»›c thường xảy ra trong thuá»· quyển, kể cả nÆ°á»›c trời mÆ°a. Môi trường khô xảy ra dÆ°á»›i đất khô, khi nÆ°á»›c bị áp và nhiệt lượng dÆ° thừa bốc lên trên hết. Môi trường khô xảy ra tạo sá»± pôlime hoá vật liệu, khi Ä‘iện tích âm và Ä‘iện tích dÆ°Æ¡ng kết dính vá»›i nhau theo từ lá»±c. Sá»± pôlime hoá thiên nhiên tạo được chất kết dính vô cÆ¡ và hữu cÆ¡, hay cả hai. Từ Ä‘ó gợi ý cho pôlime hoá làm chất composit, má»™t loại Ä‘á nhân tạo rất hữu ích.
 

2. Sá»° HOÁ ĐÁ NHỜ XI MÄ‚NG KẾT TINH TRONG NƯỚC

Trong thiên nhiên, có rất nhiều xi măng kết dính các vật liệu bở rời trÆ¡ vá»›i nhau, làm thành Ä‘á. Đó là các carbonat, hidroxid, silicat v.v… nhÆ°:
- CaCO₃
- (OH)₂Ca
- (OH)₃Fe
- CaSiO₂, MgSiO₂, v.v…

Sá»± kết tinh của vật liệu này xảy ra trong nÆ°á»›c, vì má»—i tinh thể, khi kết tinh, Ä‘òi hỏi má»™t số lượng nÆ°á»›c n.H₂O tạo ra sá»± kết tinh Ä‘ó. Nếu Ä‘Æ°a nÆ°á»›c đến chậm, xi măng gặp Ä‘á»™ khô bất đắc dỉ, sẽ chậm tốc Ä‘á»™ lại. Ví dụ: xi măng kết tinh trong 100 năm, thì phải đợi vài trăm năm nữa.
Trong sá»± bắt chÆ°á»›c thiên nhiên, con người chế ra được xi măng Portland (xmP) gồm có Ä‘á vôi và đất sét nung ở 1450⁰C. XmP là silicat vôi, vá»›i lượng nÆ°á»›c thừa dÆ°, xmP sẽ kết tinh lại, làm má»™t keo cứng dán dính vật trÆ¡ là cát, sạn sạch lại vá»›i nhau, tạo ra má»™t bêtông.
Muốn làm cho sá»± cứng mau vốn có của xmP, chỉ trong vài giờ, thành cứng chậm trong 2 ngày, để thợ hồ dá»… tạo hình, người ta trá»™n thêm cho bêtông má»™t lượng ligno-sulfonate; nhờ Ä‘ó, xmP có dịp ngấm nÆ°á»›c từ từ, và bêtông trở nên cứng chắc hÆ¡n.
vậy bêtông làm bằng xmP kết tinh nhanh trong nÆ°á»›c thừa dÆ°. Đó là sá»± kết tinh trong môi trường Æ°á»›t.

3. Sá»° HOÁ ĐÁ NHỜ XI MÄ‚NG PÔLIME KHỬ NƯỚC.

Còn trong môi trường khô thì sao? xmP hoàn toàn trÆ¡. Đó là môi trường giữ cho xmP lâu “chết”.
Ở môi trường khô, có sá»± lập ra các cao phân tá»­, hay pôlime, là cho các vật liệu âm dÆ°Æ¡ng dính kết nhau theo từ lá»±c. Nhiều loại đất có từ tính (-) nhÆ° đất cao lanh. Nhiều vật liệu khác có từ tính dÆ°Æ¡ng (+) nhÆ° vôi tôi (OH)₂Ca. Nếu Ä‘em vôi trá»™n vào đất sét, từ lá»±c giúp cho đất sét kết hợp vá»›i vôi làm ra má»™i pôlime theo kiểu:
- đất sét – Ca - đất sét – Ca –
Pôlime bền chắc, quấn lấy các chất trÆ¡ chung quanh làm nên bêtông. Trong thiên nhiên, pôlime này cÅ©ng phổ biến, làm bêtông thành cứng rắn nhờ sá»± pôlime hoá khá»­ nÆ°á»›c.
Loại pôlime hoá trên Ä‘ây gọi là gián tiếp, nhờ má»™t số phân tá»­ kết nhau lại. Còn loại pôlime trá»±c tiếp chỉ có má»™t loại nguyên tá»­, hay má»™t loại phân tá»­ kết dính nhau. Ví dụ các nhà khoa học Hoa Kỳ Ä‘ã làm ra các Ä‘Æ¡n nguyên tá»­ lÆ°u huỳnh (S) kết dính nhau thành sợi ở 140⁰C. Còn các nhà khoa học Bỉ biến má»™t khoáng vật cao lanh thành nam châm để hút lẫn nhau. Các loại trá»±c tiếp khó làm hÆ¡n gián tiếp nên trong thÆ°Æ¡ng mãi người ta chọn má»™t loại pôlime gián tiếp để thá»±c hiện liên kết vô cÆ¡, hầu tạo ra bêtông vô cÆ¡, còn gọi là composite vô cÆ¡, khác vá»›i composit hữu cÆ¡, làm bằng chất keo hữu cÆ¡, nhÆ° formaldehit, expoxy, acryloite, melanin vốn là các pôlime hữu cÆ¡.
 

4. Sá»° HOÁ ĐÁ NHỜ XI MÄ‚NG KẾT TINH KHÔ.

Ra khỏi môi trường thuá»· 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 sá»± kết tinh khô, không có phân tá»­ nÆ°á»›c nào Ä‘i kèm. Môi trường khá»­ nÆ°á»›c làm bong luôn vành nÆ°á»›c dày 0,2 µ quấn quanh hạt trầm tích khiến nó trần truồng và dính kết vào nhau. Ví dụ phân tá»­ SiO₂, nếu kết tinh có nÆ°á»›c, thành tinh thể mã não, có thành phần chính là SiO₂. Trong trường hợp kết tinh khô, nó tạo ra phân tá»­ của tinh thể thạch anh, vá»›i sá»± kết tinh làm nên má»™t loại pôlime – O – Si – O – O – Si – O – không có phân tá»­ nào mà là cao phân tá»­ silic, lá»›n hÆ¡n phân tá»­ silic đến 10.000 lần.
Sá»± tạo ra thạch anh kết tinh kiểu này làm cho Ä‘á trở thành cứng chắc, cứng hÆ¡n Ä‘á cát, gọi là Ä‘á sừng hay Ä‘á thạch anh.

Hiện tượng tạo ra Ä‘á này gọi là sá»± biến chất, do sá»± nén mạnh và sá»± đốt nóng cao (trên 1000⁰C) gây nên. Nếu Ä‘á»™ nén và Ä‘á»™ nung cao hÆ¡n nữa, thì sá»± kết tinh không cần nÆ°á»›c, tạo ra corindon dÆ°á»›i dạng emÆ¡ri, tÆ°Æ¡ng Ä‘Æ°Æ¡ng vá»›i xaphia, ruby và spinel trong ruá»™t đất (ở manti và dÆ°á»›i 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 cÅ©ng là tạo nên oxy kim loại, Ä‘Æ°a đến việc tạo thành mỏ kim loại.
 

5. TỔNG KẾT

Ta có 3 bÆ°á»›c để kết dính vật liệu là:
- BÆ°á»›c 1: Kết tinh trong môi trường nÆ°á»›c, cho đến hết thuá»· quyển ngầm trong vỏ đất;
- BÆ°á»›c 2: Pôlime hoá trong môi trường khô, cho đến hết môi trường khô của thạch quyển;
- BÆ°á»›c 3: Kết tinh khô nằm ở Ä‘áy thạch quyển, mang tính biến chất toàn bá»™.
Từ Ä‘ó vào đến ruá»™t đất, toàn là kết tinh môi trường khô, giữa 100 Km đến 300 Km cho spinel, xaphia và ruby. NhÆ°ng đến 400 Km má»›i xuất hiện kim cÆ°Æ¡ng, kết tinh ở Ä‘á»™ sâu cao, tạo má»™t tinh thể Ä‘Æ¡n khoáng Ä‘á»™c má»™t nguyên tố C. Từ mạng tinh thể C của than chì đến mạng tinh thể của kim cÆ°Æ¡ng, có phải lượng biến thành chất không?