-->

Σάββατο, 12 Ιανουαρίου 2019

Ορυκτολογική και πετρογραφική ανάλυση των μαρμάρων

Οι ιδιότητες των φυσικών πετρωμάτων δεν επηρεάζονται μόνο από τα συστατικά ορυκτά τους ή τον προσανατολισμό αυτών, αλλά και από το μέγεθος των κόκκων, την παρουσία μικρορωγμώσεων και γενικότερα τον ιστό και την υφή τους
[του Πέτρου Τζεφέρη] [by Petros Tzeferis]

Στην Πετρολογία και γενικότερα την γεωλογική επιστήμη, μάρμαρο θεωρείται ένα πέτρωμα που προέρχεται από μεταμόρφωση ασβεστολίθων (CaCO3) ή δολομιτών(CaCO3·MgCO3) , δηλ. που κάτω από αυξημένες πιέσεις και θερμοκρασίες υφίσταται μεταμόρφωση, ώστε να γίνει τελικά κρυσταλλικό. Αυτό σημαίνει ότι τα σωματίδια της ύλης, από τα οποία  αποτελείται το αρχικό ανθρακικό ιζηματογενές πέτρωμα, τακτοποιήθηκαν σε σειρές συμμετρικές η μία ως προς την άλλη, ενώ πριν τη μεταμόρφωση, αυτά ήσαν άτακτα και ακανόνιστα. Πρόκειται για τα λεγόμενα «γνήσια μάρμαρα», με την επιστημονική σημασία του όρου. Γνήσια μάρμαρα είναι, για παράδειγμα, το Πεντελικό και της Carrara Ιταλίας, που προέρχονται από τη μεταμόρφωση ασβεστολίθων, καθώς επίσης το χιονόλευκο μάρμαρο Θάσου και το λευκό μάρμαρο Sivec Γιουγκοσλαβίας, που προέρχονται από τη μεταμόρφωση δολομιτών (δολομιτικά μάρμαρα).

Οι φυσικομηχανικές ιδιότητες των πετρωμάτων και συνακόλουθα η ποιότητα και η καταλληλότητα ενός διακοσμητικού πετρώματος για διάφορες χρήσεις, εξαρτώνται κυρίως από τα πετρογραφικά χαρακτηριστικά τους
Στην αρχιτεκτονική,  ο όρος μάρμαρο εφαρμόζεται με την ευρεία έννοια, όπως ακριβώς και από τους Ρωμαίους, για κάθε πέτρωμα «χρησιμοποιούμενο λόγω ιδιαιτέρων διακοσμητικών και τεχνικών ιδιοτήτων εις την Αρχιτεκτονικήν και εις την Γλυπτικήν» (Παπαγεωργάκης, 1967).

Στο εμπόριο, μάρμαρο θεωρείται κάθε συμπαγές κρυσταλλικό πέτρωμα, στην ορυκτολογική σύσταση του οποίου επικρατούν τα ορυκτά με σκληρότητα 3 – 4 της σκληρομετρικής κλίμακας Mohs (ασβεστίτης,δολομίτης, σερπεντίτης) και που μπορεί να υποστεί κοπή, λείανση και στίλβωση ώστε να χρησιμοποιηθεί ως δομικό ή διακοσμητικό υλικό. Συνεπώς, με αυτή την έννοια,  ως μάρμαρα μπορούν να θεωρηθούν όλων των ειδών τα πετρώματα, ιζηματογενή, μεταμορφωμένα ή πυριγενή εκτός από εκείνα τα πετρώματα με υψηλό πορώδες που δεν μπορούν να στιλβωθούν, χρησιμοποιούνται ως δομικά υλικά και χαρακτηρίζονται με το γενικό όρο πωρόλιθοι που όμως δεν έχει συγκεκριμένο πετρογραφικό περιεχόμενο (Ρήγας, 1986)
Braggs law relates the wavelength of electromagnetic radiation to the diffraction angle and the lattice spacing in a crystalline sample.
Στα μάρμαρα μπορεί να συν-υπάρχουν και άλλα ορυκτά (πλην ασβεστίτη και δολομίτη) συστατικά σε διάφορες ποσότητες όπως χαλαζίας, άστριοι, μοσχοβίτης ή σερικίτης, χλωρίτης, επίδοτο, σερπεντίνης,γραφίτης, αργιλικά ή μεταλλικά ορυκτά, γρανάτης, διοψίδιος, τρεμολίτης κ.ά. Αναλόγως την περιεκτικότητά τους μπορούν να συνυπολογίζονται στα βασικά ορυκτά (principal) ή στα επουσιώδη(minor minerals) και συμπτωματικά ορυκτά. Η παρουσία των ορυκτών αυτών συστατικών, όταν βρίσκονται σε ικανή ποσότητα, επηρεάζει τόσο τις τεχνικές ιδιότητες, όσο και το χρώμα του μαρμάρου. Έτσι, τα φυλλοπυριτικά ορυκτά συστατικά όπως είναι ο μοσχοβίτης, χλωρίτης κ.ά., αυξάνουν τη σχιστότητά του, ενώ τα έγχρωμα δίνουν σε αυτό διάφορες χαρακτηριστικές αποχρώσεις.Ο σιπολίνης, για παράδειγμα,  είναι μάρμαρο με πράσινο χρώμα που περιέχει ενστρώσεις φυλλωδών ορυκτών, κυρίως μοσχοβίτη και χλωρίτη. (βλ. ακτινοδιάγραμμα). Ο χαλαζίας που οι τεχνικοί τον ονομάζουν "γυαλί", εξαιτίας της μεγάλης σκληρότητάς του, ακόμη και όταν βρίσκεται σε μικρές ποσότητες και με μικρό μέγεθος κόκκων, αυξάνει τη σκληρότητα και την αντοχή του μαρμάρου, αλλά μειώνει σημαντικά τη δυνατότητα για καλή στίλβωση.

Οι φυσικομηχανικές ιδιότητες των πετρωμάτων και συνακόλουθα η ποιότητα και η καταλληλότητα ενός διακοσμητικού πετρώματος για χρήση του σε διάφορες εφαρμογές, εξαρτώνται κυρίως από τα πετρογραφικά χαρακτηριστικά τους. Αλλαγές στα ορυκτολογικά και ιστολογικά χαρακτηριστικά επηρεάζουν τις φυσικομηχανικές ιδιότητές τους οι οποίες από εξαιρετικές σε ορισμένες εφαρμογές μπορεί να γίνουν πολύ αδύνατες, όταν αυτά τα πετρώματα είναι έντονα εξαλλοιωμένα ή παραμορφωμένα. Οι αντοχές των φυσικών πετρωμάτων δεν επηρεάζονται μόνο από τα συστατικά ορυκτά τους ή τον προτιμώμενο προσανατολισμό αυτών, αλλά και από την παρουσία μικρορωγμώσεων και γενικότερα τον ιστό και την υφή τους  (Rigopoulos et al., 2010).

Ο  ιστός και υφή  των μαρμάρων, όπως παρατηρείται στο μικροσκόπιο, έχει σημαντική διαγνωστική αξία, γιατί σχετίζεται με τον τύπο και τον βαθμό μεταμόρφωσης του  αρχικού ανθρακικού ιζήματος καθώς και τον τρόπο σύνδεσης των ορυκτολογικών φάσεων μεταξύ τους. Μια πρώτη ιστολογική ταξινόμηση βάσει της  ομοιομορφίας του μεγέθους των κρυστάλλων είναι σε μάρμαρα με ομοιοβλαστικό και με ετεροβλαστικό ιστό. Στην πρώτη περίπτωση οι κρύσταλλοι έχουν σχετικά ομοιόμορφο μέγεθος, στη δεύτερη κυμαινόμενο. Με βάση την γεωμετρία των ορίων ο ομοιοβλαστικός ιστός χαρακτηρίζεται περαιτέρω ως πολυγωνικός, όταν τα όρια είναι ευθύγραμμα και σχηματίζουν γωνίες 120 μοιρών σε τριπλά σημεία. Στην περίπτωση αυτή θεωρείται ότι η μεταμόρφωση είχε αρκετή διάρκεια και το μάρμαρο έφθασε σε κατάσταση ισορροπίας στη δεδομένη θερμοκρασία. Όταν τα όρια έχουν μορφή τεθλασμένης γραμμής, πρόκειται για ιστό ραφής (Παπαγεωργάκης, 1967) και αυτό χαρακτηρίζει ασταθή ισορροπία ανακρυστάλλωσης μετά από σύντομα μεταμορφικά επεισόδια.

Η πετρογραφική-ορυκτολογική μελέτη των  μαρμάρων περιλαμβάνει  α) κατάλληλη και αντιπροσωπευτική δειγματοληψία β) μακροσκοπική εξέταση με τη χρήση στερεοσκοπικού μικροσκοπίου και εν συνεχεία  μικροσκοπική εξέταση με τη διαμόρφωση λεπτών τομών και την χρήση  πολωτικού μικροσκοπίου (οπτική μικροσκοπία)  γ) μελέτη περιθλασιμετρίας ακτίνων–Χ,  η οποία δίνει τη δυνατότητα πέραν της ποιοτικής και πραγματοποίηση ημιποσοτικών αναλύσεων δ) Τέλος, είναι πιθανόν να απαιτηθεί  και περαιτέρω  ανάλυση-ερμηνεία των δειγμάτων  με χρήση ηλεκτρονικού μικροσκοπίου σάρωσης (SEM)  και SEM-EDS,  όπου το ηλεκτρονικό μικροσκόπιο συνδέεται  με ηλεκτρονικό ανιχνευτή EDS .