Formation of various rock types IgneousSedimentary,  and

  Metamorphic 

Rocks are aggregates of one or many minerals. Three types of rocks:

IgneousSedimentary, and

Metamorphic

1. Igneous Rocks

§ Igneous rocks are formed from the crystallization of magma. § Igneous rocks form when molten rock cools to a solid state. § The  term  igneous  comes  from  the  Latin  word  ignis ,  which 

means “fire”

Ø Magma  is a  slushy mix of molten  rock, gases and mineral  crystals within the Earth.

Ø Magma is called lava when it reaches the surface.Ø Composition of magma

§ oxygen (O), §  iron (Fe)§ magnesium (Mg), § Calcium (Ca), § potassium (K), and § sodium (Na). § silica (Sio2)

Ø Of all  the compounds found  in magma, silica  (Sio2 )  is  the most abundant and has the greatest effect on magma characteristics.

What is Magma

Ø   Magma  are  classified  as  basaltic,  andesitic,  and rhyolitic, based on the amount of Sio2 they contain.

Ø Silica content affects melting temperature and also impacts how quickly magma flows. 

Basaltic magma Andesitic magmaRhyolitic magma

Viscosity:

A measure of how easily a fluid flows.   Water has a low viscosity, molasses has a much higher viscosity.

Viscosity, in turn, controls the amount of gas that can be trapped in the magma.

The greater the viscosity the more gas in the magma. 

The names are based on the rock type that forms when the magma crystallizes.

MagmaType

ChemicalComposition

Temperature(degrees C)

Viscosity Gas Content

Basaltic 45-55% SiO2;High in Fe, Mg, Ca; Low in K, Na.

1000 - 1200 Low Low

Andesitic 55-65% SiO2;Intermediate Fe, Mg, Ca, Na, K

800-1000 Intermediate Intermediate

Rhyolitic 65-75% SiO2;Low in Fe, Mg, Ca; High in K, Na

650-800 High High

Types of igneous Rocks

A. Extrusive Igneous Rocks: Fine-grained igneous rocks  that cool quickly on Earth’s surface are called  extrusive igneous rocks.

Eg. basalt, rhyolite, andesite, obsidian

B . Intrusive igneous: Some magma  never  reaches  the  surface but cools within the Earth. The igneous rocks formed are then termed intrusive. OR Coarse grained igneous rocks that cool slowly beneath Earth’s surface are called intrusive igneous rocks.

Eg. granite, pegmatite, diorite , gabbro, peridotite, dunite

Intrusive igneous rocks are divided into

1. Hypabyssal igneous rocks: Subvolcanic rocks, also known as hypabyssal rocks, are intrusive  igneous rocks  that  emplaced  at  medium  to shallow  depths  within  the  crust,  and  have  intermediate grain size.

Eg. Dolerite, peridotite

2. Plutonic igneous rocks:Intrusive igneous rocks that emplaced at comparatively deeper depth , and have coarse grain size.

eg. gabbro, dunite

Magma from a single chamber may reach the Earth's surface as volcanic  lava or  it may cool  inside the crust  in a variety of different shaped  intrusions. Over a very  long period the magma in the chamber may itself cool into rock.

• The volume of extrusive  rock erupted annually by volcanoes varies with plate tectonic setting. 

• Extrusive rock is produced in the following proportions:• divergent boundary 73%• convergent boundary (subduction zone) 15%• hotspot 12%

Igneous Rock Mineral Compositions (Assemblages)

Felsic rocks: Generally the lighter-colored igneous rocks; enriched in silica and  aluminum  bearing  minerals  (e.g.  quartz  and  potassium feldspar).Rock types granite, rhyolite, pegmatite

Mafic rocksGenerally the darker-colored igneous rocks; enriched in magnesium and iron bearing minerals (e.g. olivine and pyroxene).Rock types basalt, gabbro.

Sedimentary Rocks

• Sedimentary rocks are formed on the earth’s surface under normal surface temperature and pressures.

• They result from the accumulation of the products of weathering of other rocks and organic materials.

• Weathering is a general term used for the physical and chemical breakdown of rocks at the earth’s surface by rain, wind, abrasion etc.

• Products of weathering are either transported or may accumulate where they are formed.

• The  processes  of  transforming  loose  fragmented  rocks  into  a  compact solid  cohesive  mass  is  called  lithification ( a process that includes compaction through burial).

• This process is also known as consolidation, and the resultant rock is said to be consolidated. Sandstone is a consolidated rock.

Classified by particle size

Boulder - >256 mmCobble - 64 to 256 mmPebble - 2 to 64 mmSand - 1/16 to 2 mmSilt - 1/256 to 1/16 mmClay - <1/256 mm

Sediment

METHODS OF SEDIMENT EROSION AND TRANSPORT

• There are five main agents of sediment erosion and transport. These are:• Rivers – (or fluviatile effects) • Sea – (marine effects) • Glaciers – (glacial effects) • Wind – (Aeolian effects) • Landslides 

DIAGENESIS§ Sediments are derived by weathering and erosion of the surface rocks of the 

crust. Sediments are usually transported to a place where they accumulate or deposited to become a sedimentary rock. 

§ The following are the processes involved: 1.  The  sediments  may  not  undergo  transport  but  may  be  deposited  at  its 

point of weathering. This is a sedentary rock. 2. If this undergoes transport, it becomes a transported sediment.3. When  it  accumulates  it  is  usually  a  loose mass  e.g.  sand  and  pebbles. 

These are the ones referred to as unconsolidated rocks. 4. After  accumulation  the diagenesis  and  lithification process  convert  the 

unconsolidated sediment into an indurated or consolidated sedimentary rock which is hard, compact and coherent.

5. Diagenesis  process  describes  all  the  processes  that  occur  between deposition/ accumulation and lithification. Diagenesis occur in relatively low  temperature  and  pressure  environments  near  the  surface  of  the earth. 

DIAGENESIS AND LITHIFICATION

LITHIFICATIONThis  is  the  final  induration  of  the  sediments  where  chemical  and  physical reactions convert it from an unconsolidated rock into a consolidated rock. This involves three main processes:-

A. Compaction - as more sediment is being deposited, there is an increase of weight  or  pressure  that  usually  expels  much  of  the  connate  water  and forces  the  rock  grains  to  come  much  closer  together.  As  the  grains  are forced  against  each  other,  their  outer  surfaces  usually  dissolve  and  re-crystallize thus welding the grains together.

B. Cementation: Deposition  of  substances  from  aqueous  solutions  usually occurs  in  the  voids  or  other  spaces  between  the  grains.  When  these solutions  crystallize  they  bind  the  sediments  and  in  the  process  they converted the loose aggregate into a solid coherent rock .

CLASSIFICATION OF SEDIMENTARY ROCKS OR TYPES OF SEDIMENTARY ROCKS

Sedimentary rocks are divided into three classes which include: 

1. Clastic sedimentary rocks – consists of grains that of mechanical products of weathering.

Eg. BrecciaSedimentary breccia composed of coarse, angular rock fragments cemented 

togetherConglomerate composed of rounded gravel cemented togetherSandstone Medium-grained clastic sedimentary rockShale Fine-grained clastic sedimentary rockSiltstone Slightly coarser-grained than shalesClaystone Predominantly clay-sized grainsMudstone Silt- and clay-sized grains

2. Chemical sedimentary rocks – formed dominantly by chemical processes and more so from direct precipitation of minerals from solutions. 

Eg. § Carbonates

Contain CO3 as part of their chemical compositionCommon examples are Limestone and dolomite)

§ ChertHard, compact, fine-grained, formed almost entirely of silica

§ EvaporitesForm from evaporating saline waters (lake, ocean)Common examples are rock gypsum, rock salt

3. Organic sedimentary rocks– formed from organic debris such as mollusks, shells, plant debris etc.

§ CoalSedimentary rock forming from compaction of partially decayed plant 

material

METAMORPHIC ROCKS

Metamorphic rocks and Processes

Metamorphism comes from the Greek words  “Meta” - change

“Morphe” – form Ø Rocks created by heat, pressure and/or chemically reactive fluidsØ Metamorphic rocks are produced from

• Igneous rocks• Sedimentary rocks• Other metamorphic rocks

Ø Rocks  that  form  when  a  pre-existing  rock  (protolith)  changes  due  to temperature or pressure, and/or as a result of squashing or shearing. 

Ø Metamorphic grade refers to the temperature and pressure under which a rock was metamorphosed. 

Ø Metamorphic  rocks  form  by  solid-state  (no  melting)  transformation  of preexisting rock by processes that take place beneath Earth’s surface.

Ø  Metamorphism progresses incrementally from low grade to high-gradeØ During metamorphism (transformation) the rock remains essentially solid

Examples of metamorphic rocks;

Slate, phyllite, schist, gneiss, quartzite, marble

1. Heat/Temperature as a metamorphic agent

§ Most important agent – it provides the energy needed to drive the chemical reactions that results in recrystallization. 

§ Promotes recrystallization →increased grain size§ consumes  unstable  mineral(s)  and  produces  new  minerals  that  are   

stable

Ø Sources of heat: 1.  Contact metamorphism—heat from magma, the rock is “baked” 2.  An increase in temperature with depth—  geothermal gradient3.  Increasing pressure with depth4.  Radioactive decay 

Agents Metamorphism

2. Pressure and differential stress 

• Pressure can also alter the texture of a rock, resulting in an increase in grain size. 

• Directed  pressure  or  differential  stress  results  in  the  formation  and alignment of flat (platy) minerals; such as micas (e.g. biotite, muscovite). 

• Micas are  therefore characteristic of metamorphic  rocks which have been affected by directed pressure. This texture is known as foliation. Fossils, or the  pebbles  in  a  conglomerate,  can  also  become  elongated  by  directed pressure.

In a depositional environment, as confining pressure increases, rocks deform in volume

Differential stresses are greaterin one direction than in others.

During mountian building, rocks subjected to differential stress shortened in the direction perpendicular to that force.

Metaconglomerate is an example of differential stress.

3. Chemically active fluids

• Mainly water• Enhances migration of ions• Aids in recrystallization of existing minerals

Ø Sources of fluids– Pore spaces of sedimentary rocks– Fractures in igneous rocks– Hydrated minerals such as amphiboles, clays and micas– These hydrated minerals contain water.

Elevated temperatures and pressures causes dehydration. Once expelled, these hot fluids promote recrystallization by enhancing the migration of mineral matter.

– The metamorphism of shale to slate involves clay minerals that recrystallize to form mica and chlorite minerals.

Ø Fluids are an important agent of metamorphism. Ø Every rock contains some water, but sedimentary rocks hold 

the most. Ø First there is the water that was trapped in the sediment as it 

became rock. Ø This water  can  become  so  charged with  dissolved materials 

that the resulting fluid is no less than a liquid mineral. Ø It may be acidic or alkaline, full of silica (forming silicates) or 

full of sulfides or carbonates or metals.

Rock cycle.