Skorupa ziemska zbudowana jest ze skał, które składają się z mniejszych komponentów zwanych minerałami. Minerał to naturalny, jednorodny składnik skorupy ziemskiej, w którego skład wchodzi jeden, bądź więcej pierwiastków chemicznych. Niektóre minerały są bardzo cenione ze względu na rzadkość ich występowania, a także na nieprzeciętne właściwości fizyczne takie jak: twardość, przezroczystość, czy barwę. Minerały takie nazywane są kamieniami szlachetnymi. Należą do nich diament, beryl, szafir, szmaragd, czy rubin. Mniej cenne minerały nazywane są kamieniami półszlachetnymi. Są to np. agat, turkus, czy opal. Minerały mogą się ze sobą połączyć i wtedy tworzą skałę. Minerały, które mają duży udział w budowie skał, a zatem odgrywają również ważną rolę w budowie skorupy ziemskiej, nazywa się minerałami skałotwórczymi. Spośród kilkunastu tysięcy znanych minerałów tylko 250 zalicza, się do skałotwórczych. Najbardziej powszechne z nich to: kwarc, kalcyt, dolomit, minerały iłowe (uwodnione tlenki krzemu i glinu), skalenie (glinokrzemiany i krzemiany potasu, żelaza, magnezu), pirokseny i amfibole (krzemiany żelaza, magnezu i in.), oraz oliwin (krzemiany żelaza i magnezu).
Z gospodarczego punktu widzenia istotne są również minerały, które stanowią surowce do produkcji różnych wyrobów. Takie minerały nazywamy minerałami złożowymi. Ich nagromadzenie w większych ilościach na stosunkowo niewielkiej powierzchni nazywa się złożem mineralnym. Do podstawowych minerałów złożowych należą: rudy żelaza (piryt, limonit, magnetyt, hematyt), rudy aluminium (boksyty), rudy cynku i ołowiu (galena, blenda cynkowa), kruszce metali kolorowych, np. miedzi, czy kruszce metali szlachetnych, takich jak złoto, srebro, czy platyna. Zdecydowana większość minerałów ma budowę krystaliczną (ich cząsteczki są uporządkowane), do wyjątków należą minerały zwane ciałami bezpostaciowymi o bezładnej budowie wewnętrznej takie jak bursztyn. Skład chemiczny i cechy budowy krystalicznej decydują o właściwościach fizycznych danego minerału. Do określenia ich twardości stosuje się tzw. Skalę Mohsa. Jest to dziesięciostopniowa skala, w której o stopniu twardości danego minerału decyduje to, czy zarysował on minerał reprezentujący jeden ze stopni skali. Minerały reprezentatywne są uszeregowane według twardości na skali. Badanemu minerałowi nadaje się wartość twardości po sprawdzeniu który minerał ze skali został nim zarysowany. W skali twardości Mohsa najtwardszym minerałem jest diament, który daje się zarysować tylko innemu diamentowi. Na pierwszym miejscu w skali Mohsa znajduje się talk, który ma najmniejszą twardość. Można go bez trudu zarysować paznokciem. Minerały powstają w procesach krystalizacji ze stopów krzemianowych magmy (np. kwarc, skalenie), z roztworów nasyconych (np. kalcyt) na skutek procesu wietrzenia chemicznego, czy na skutek przeobrażenia.
Minerały łączą się ze sobą w formy zwane skałami. Skała to składnik skorupy ziemskiej powstały w procesie naturalnym odznaczający się określonym składem mineralnym, oraz przybierający określoną strukturę (budowę wewnętrzną) i teksturę (sposób przestrzennego ułożenia składników). Rodzaj skały określa się na podstawie jej składu mineralnego, struktury oraz tekstury. Właściwości te są ściśle związane się z procesami, przy udziale których powstawała. Ze względu na skład mineralny wyróżnia się skały: monomineralne (złożone z jednego minerału), oraz polimineralne (w których składzie znajdujemy wiele minerałów).
W zależności od sposobu powstawania skały skorupy ziemskiej podzielone zostały na skały:
- magmowe
- osadowe
- metamorficzne (przeobrażone)
Skały magmowe
Skorupa ziemska w zdecydowanej większości zbudowana jest ze skał magmowych. Powstają one wskutek zastygania magmy. W zależności od warunków, w jakich następowało jej krzepnięcie. Skały powstające pod powierzchnią ziemi zaliczamy do skał głębinowych (plutonicznych). Skały głębinowe wykształciły się w wyniku powolnego krzepnięcia magmy, wysokiego ciśnienia, oraz wysokiej temperatury, przekraczającej 500°C. Proces krystalizacji minerałów skał głębinowych przebiegał powoli pod powierzchnią Ziemi. Stąd budujące je minerały są dobrze wykrystalizowane i widoczne gołym okiem. Skały magmowe głębinowe krystalizują się na dużych głębokościach rzędu kilku, bądź kilkunastu kilometrów. Jeżeli proces krystalizacji zachodzi powoli, wtedy wykształcają się wyraźne, duże kryształy w skale. Najbardziej powszechną skałą magmowa głębinową jest granit. Można w nim bez trudu rozpoznać i odróżnić poszczególne minerały. Głównymi minerałami budującymi skały głębinowe są kwarc, skalenie, plagioklazy, amfibole, oliwin, oraz biotyt. W zależności od składu chemicznego magmy w skałach głębinowych mogą dominować różne minerały. Jeżeli magma zawierała dużo krzemionki powstawały skały kwaśne. Skały kwaśne zawierają ponad 60 % krzemionki. Są one jaśniejsze, i lżejsze od skał zasadowych. Do skał kwaśnych zalicza się granit, sjenit, czy porfir kwarcowy. Poza kwarcem w składzie skał kwaśnych występują głównie skalenie i miki. Odróżnienie od siebie poszczególnych skał kwaśnych jest praktycznie niemożliwe. Skały głębinowe kwaśne występują w Polsce na Dolnym Śląsku, Sudetach i w Tatrach. Zalegają także w północno-wschodniej Polsce, pod pokrywą skał osadowych. Jeżeli magma zawierała niewielkie ilości krzemionki, wtedy nie wystarczyło jej na powstanie kwarcu, i wykrystalizowały się skały zasadowe. Skały tego typu zawierają poniżej 60 % krzemionki. Są one na ogół cięższe i ciemniejsze od skał kwaśnych. W magmie uboższej w krzemionkę, obojętnej i zasadowej, wzrasta udział skaleni i minerałów ciemnych ze związkami żelaza, jak np. biotyt, pirokseny i amfibole. Dlatego właśnie skały obojętne i zasadowe są najczęściej ciemne i trudno w nich rozpoznać minerały. Skałami zasadowymi są dioryt, gabro, czy bazalt. Skały zasadowe rzadko występują w Polsce. Można je spotkać miejscami w Sudetach. Skały powstałe przy powierzchni Ziemi, tworzące intruzje to skały żyłowe. Jeśli skała tworzyła się na powierzchni to zaliczamy ją do skał wylewnych (wulkanicznych). Skały wylewne powstają w wyniku szybkiego zastygnięcia lawy, na skutek czego nie ma czasu na wykształcenie się dużych kryształów. Skały wylewne zbudowane są więc z bardzo drobnych kryształów, których nie można odróżnić gołym okiem. Wśród skał magmowych wylewnych najpospolitszy jest bazalt. Odznacza się on prawie czarną barwą. Jego minerały są tak drobne, że trudno je wyróżnić i rozpoznać. Do obojętnych skał wylewnych należą również andezyty i melafiry. W andezytach występują prakryształy skaleni, piroksenów i amfiboli, świadczące o tym, że ich krystalizacja rozpoczęła się jeszcze w warunkach głębinowych. Melafiry natomiast posiadają liczne pory, w których dawniej występowały gazy wulkaniczne. Wylewnymi skałami kwaśnymi są także porfiry kwarcowe zawierające widoczne gołym okiem prakryształy kwarcu. Posiadają one najczęściej czerwoną barwę. Skały magmowe ze względu na dużą odporność na niszczenie znajdują szerokie zastosowanie w budownictwie, drogownictwie, a ze względu na wykształcenie minerałów o różnych barwach wykorzystuje się je także jako materiał dekoracyjny.
Skały osadowe
Skały osadowe są to najpowszechniejsze skały na powierzchni Ziemi. Powstają one w wyniku osadzania minerałów lub okruchów skał w zbiornikach wodnych lub w środowisku lądowym. Proces ten nazywa się sedymentacją. Skały osadowe mogą się także utworzyć w związkach chemicznych pozostałych po wyparowaniu wody. Skały tego rodzaju tworzą się jednak najczęściej w wyniku wietrzenia. Wietrzenie wywołuje rozluźnienie spoistości skał. Rozdrobnione, bądź rozpuszczone cząstki mineralne łatwo ulegają procesom transportu i osadzania. Ze względu na sposób powstawania, skały osadowe można podzielić na trzy grupy:
- okruchowe
- pochodzenia organicznego
- pochodzenia chemicznego.
Skały okruchowe tworzą się na skutek nagromadzenia produktów niszczenia innych skał. W zależności od stopnia ich zespolenia można je podzielić na luźne (piasek, żwir), zwięzłe (ił, muł), lub lite (iłowiec, mułowiec, piaskowiec). Początkowo skały okruchowe są skałami luźnymi, które w zależności od rozmiarów okruchów nazywa się gruzem, żwirem, piaskiem, mułem bądź iłem. Z luźnych skał okruchowych mogą powstać skały zwięzłe. Z gruzu postaje brekcja, ze żwiru zlepieniec, z piasku piaskowiec, z mułu mułowiec, natomiast z iłu iłowiec. Skały okruchowe są złożone z okruchów scementowanych spoiwem (lepiszczem). Cementacja zachodzi pod wpływem ciśnienia nadległych warstw skał oraz chemicznego oddziaływania wody i roztworów przesączających się przez luźne skały. Proces ten nazywa się diagenezą. Diageneza wywołuje zmiany prowadzące do twardnienia skały.
Skały organiczne powstają najczęściej na skutek nagromadzonych na dnie morza szczątków organizmów zwierzęcych, bądź roślinnych. Najbardziej pospolitymi skałami organicznymi są wapienie, które wytworzyły się z wapiennych szkieletów zwierząt. Szkielety te osadzone były na dnie morza. W zależności od występujących na danym obszarze zwierząt tworzą się wapienie koralowe, wapienie muszlowe, wapienie numulitowe, czy kreda. Niektóre ze skał organicznych są produktem zwęglania roślin bez dostępu tlenu, jak np. torf, węgiel kamienny, czy węgiel brunatny. Skałą osadową pochodzenia organicznego jest także ropa naftowa. Wytwarza się ona na skutek procesów bitumizacji, polegającej na przemianie chemicznej składników organicznych bez dostępu powietrza. W ten sam sposób powstaje gaz ziemny, czy wosk ziemny.
Skały osadowe pochodzenia chemicznego powstają w wyniku nagromadzenia minerałów wytrąconych z roztworów wodnych. W wodzie morskiej znajduje się dużo rozpuszczonych soli, dlatego w sprzyjających warunkach w wyniku parowania może nastąpić ich wytrącenie i osadzanie na dnie zbiornika morskiego. Wskutek parowania sole mineralne rozpuszczone w wodzie zagęszczają się. Objawia się to wzrostem zasolenia wody, a następnie wytrąceniem się soli w postaci kryształów. Dzięki temu mogą powstać takie skały jak: sól kamienna, sól potasowa, dolomit, gips, czy anhydryt. Na dnie mórz i oceanów występują także konkrecje. Stanowią one owalne, okrągłe, bądź nieregularne bryły złożone z różnych związków chemicznych, o rozmiarach do kilkunastu, lub też rzadziej kilkudziesięciu centymetrów. Konkrecje powstają na skutek przemian chemicznych zachodzących w osadach. Wiele skał osadowych np. piaskowce, piaski, żwiry, wapienie, gipsy stanowi cenny surowiec budowlany. Iły i muły wykorzystywane są w przemyśle ceramicznym, a wapienie, oraz margle w przemyśle cementowym. Surowcami wykorzystywanymi w przemyśle energetycznym są: ropa naftowa, węgiel brunatny, czy węgiel kamienny. Sól kamienną, lub węglowodory znajdują szerokie zastosowanie w przemyśle chemicznym.
Skały metamorficzne (przeobrażone)
Skały te powstają w wyniku oddziaływania wysokiego ciśnienia i temperatury, a czasem także czynników chemicznych na istniejące już skały magmowe, czy osadowe. Przeobrażeniu ulegają głównie skały w stanie stałym. Następuje ono w różnych warunkach. Zespół procesów prowadzących do przeobrażenia skał (zmian ich składu chemicznego, mineralnego, i budowy zewnętrznej) to metamorfizm. Zachodzi on głównie we wnętrzu skorupy ziemskiej, lecz może również działać na powierzchni, np. pod wpływem oddziaływania gorącej lawy. Najważniejszym czynnikiem w procesie przeobrażania skał jest temperatura. Pod jej wpływem zachodzi metamorfizm kontaktowy (termiczny). Na skutek oddziaływania wysokiej temperatury skały znajdujące się w pobliżu gorącej magmy mogą ulec przekształceniu. Zasięg przestrzenny metamorfizmu kontaktowego uzależniony jest od temperatury magmy (lawy). Waha się on od kilku milimetrów do kilkuset metrów. Efektem metamorfizmu kontaktowego jest na przykład przeobrażenie się wapienia w marmur, bądź węgla kamiennego w grafit. Piaskowce kwarcowe mogą przeobrazić się w kwarcyty. W skałach, na które działa ciśnienie warstw nadległych mamy do czynienia z metamorfizmem dynamicznym. Proces ten zachodzi najintensywniej podczas ruchów fałdowych, lub ruchów górotwórczych. Ciśnienie powoduje, że minerały znajdujące się w skale ulegają uporządkowaniu w kierunku równoległym do działającego ciśnienia kierunkowego. Przykładem skał metamorficznych przeobrażonych pod wpływem działania metamorfizmu dynamicznego są łupki krystaliczne, które powstały z przekształcenia drobnoziarnistych skał okruchowych. Metamorfizm regionalny zachodzi wtedy, gdy duże fragmenty skorupy ziemskiej zostaną wciągnięte na znaczne głębokości pod wpływem ruchów tektonicznych. Na skały działa wtedy zarówno wysokie ciśnienie, jak i wysoka temperatura. Ten rodzaj metamorfizmu ma największy zasięg. Przykładem skał przeobrażonych na skutek metamorfizmu regionalnego są gnejsy utworzone z granitów. Skały metamorficzne mają liczne zastosowanie w budownictwie z uwagi na dużą odporność, oraz walory estetyczne (np. marmur, czy łupki).
- Minerały i skały