Калните скали: видове, класификация и значение в геологията

Калните скали съставляват по-голямата част от седиментните скали на Земята. Те са клас дребнозърнести силицикластични седиментни скали, образувани главно от частици с много малък размер (силициеви и глинени минерали, органични остатъци и вторични минерали). Калните скали включват широко разнообразие от литологии — от ситноалевролитни слоя до органични шисти — и играят ключова роля в записването на палеоекологични, палеоклиматични и тектонски събития.

Видове кални скали

Видовете кални скали, посочени по-долу, отразяват традиционни наименования, използвани в полевата и лабораторната практика:

• алевролит (сителити/силтстони) — дребнозърнести скали, доминирани от ситови частици;
• глинест камък — скала, в която доминират частици от глинен размер и глинести минерали;
• кал — общ термин за много дребнозърнести седименти (често използван в полето);
• шисти — фисилни, фино-слоести кални скали, които лесно се разделят на тънки пластове;
• шисти — (повторение на горното наименование в някои класификационни списъци).

На практика термините често се припокриват и точната употреба зависи от критериите за зърнестост, фисилност и минерален състав.

Зърнестост и граници

Повечето от частиците в калните скали са по-малки от 0,0625 mm (1/16 mm или 0,0025 инча). За разграничаване между сиви фракции често се използват следните ориентири (приблизително):

• Сит — 0,0625 mm до ~0,0039 mm (62,5–3,9 µm);
• Глина — по-малки от ~0,0039 mm (3,9 µm).

Тъй като частиците са твърде малки, те не могат да бъдат лесно идентифицирани с просто око или лупа, което налага използване на микроскопия и аналитични методи.

Защо има разногласия в класификацията

1. Калните скали са едни от най-слабо проучените и най-разнообразните седиментни образувания — съществува голям брой локални термини и традиции.
2. Поради малкия размер на частиците е трудно да се определят компонентите им без лабораторни методи (микроскопия, рентгенова дифракция, електронна микроскопия).
3. Има множество приети класификационни схеми (полева/лабораторна, по зърнестост, по състав или по фисилност), което води до различна терминология в литературата.

Състав и минералогия

Калните скали могат да съдържат:

• глинисти минерали (например каолинит, илит, смектити),
• кварц и фелдшпати в ситовия компонент,
• карбонати и органични вещества (особено в шистовете),
• оксиди на желязо и други вторични минерали.

Минералният състав определя свойствата — пластичност, свиваемост, поведение при влага и при нагряване. Например, смектитовите глини се подуват при контакт с вода, докато илитовите — не толкова.

Диагенеза, фисилност и метаморфоза

С течение на времето и при повишено налягане и температура калните седименти претърпяват диagenетични промени: уплътняване, рекристализация, освобождаване на вода и образуване на по-стабилни глинени полиморфи. При подравняване на плочичестите глинести минерали се появява фисилност — паралелни, лесно разделящи се листове. Този финослоен материал, който лесно се разделя на тънки пластове, се нарича шисти, за разлика от калните камъни, които могат да бъдат по-масивни и без изразена фисилност.

При по-интензивно нагряване и налягане калните скали могат да преминат към низък до среден метаморфизъм, образувайки сланец (slate), филит или по-високи метаморфни форми.

Методи за изучаване

Поради дребната зърнестост изследването на калните скали изисква широк набор от анализи:

• микроскопия на тънки шлифове (оптична и електронна),
• рентгенова дифракция (XRD) за идентификация на глинените минерали,
• химически и органичногеохимични анализи (TOC, хроматография),
• лазерна градуировка или седиментационни методи за анализ на зърнестостта,
• полеви методи — изучаване на корелацията, стратиграфия и седиментационни структури.

Геоложко и икономическо значение

Калните скали заемат голям дял от седиментния геоложки запис — около половината от седиментните скали — и често представляват най-разпространените отлагания поради широкото производство на фини частици при ерозията. Те имат множество важни роли:

• в нефтената геология — някои кални скали (особено органично богати шисти) са източници на въглеводороди и/или отлични покриви/прегради за резервуари; специалистите и производителите на нефт отдавна оценяват връзката между калните скали и нефта;
• в хидрогеологията — калните скали имат ниска пропускливост и често действат като бариери за поток на подземни води;
• в геотехнологията и строителството — пластичността, свиваемостта и променливото поведение при влагонамокряне налагат специални инженерни решения (например за фундаменти, изкопи и тунели);
• в археологията и културната история — от древността до днес калните материали се използват за изработка на керамика и тухли; първите познати човешки изделия често произхождат от кални материални технологии.

История на изучаването

Интересът към калните скали нараства системно през 20-ти век; първата специализирана книга за калните скали е публикувана през 1964 г. Въпреки това, значението на тези скали е разпознато по-рано от учени, инженери и проучвателни компании — например след откриването на шистите Бърджес и изследванията върху органично-богатите седименти. Развитието на аналитичните методи (XRD, SEM, органична геохимия) през последните десетилетия рязко подобри разбирането ни за произхода, еволюцията и потенциала на калните скали.

Практически бележки и заключение

Калните скали са ключови за разбирането на седиментарните басейни, климата и биосферата през геоложкото време. Поради тяхната сложност и микроскопични компоненти, успешното им изследване изисква мултидисциплинарен подход — комбинация от полеви наблюдения, петрографски и минералогични анализи, и геохимични изследвания. Това прави калните скали както предизвикателни, така и изключително информативни за геолозите и инженерите.

Въпроси и отговори

В: Какво представляват калните камъни?

Въпрос: Колко малки са частиците в калните скали?

В: Защо има разногласия относно класификацията на калните скали?

В: Колко разпространени са калните скали?

Въпрос: Какво се случва, когато налягането се увеличава с течение на времето, по отношение на състава на калните скали?

Въпрос: Как хората са използвали калци от древни времена?

В: Кога е публикувана първата книга за калциевите скали?

Търсене по буква