Đá tự nhiên nói chung là một khái niệm rất rộng lớn.
Có một vài thuật ngữ nên được làm rõ như sau:
Khi bạn đề cập đến “rock” (dịch qua tiếng Việt là đá, tảng đá), tức là bạn đề cập đến một tập hợp khoảng sản tự nhiên ở thể rắn.
Khi bạn đề cập đến “stone” (dịch qua tiếng Việt là đá), tức là bạn đề cập đến một phần nhỏ với bất kỳ hình dạng nào của “rock”.
Bài viết này chúng tôi muốn làm rõ để trả lời câu hỏi thế nào là “rock” hay thế nào là đá tự nhiên.

Các thông tin trong bài viết này chủ yếu được dẫn nguồn từ http://vi.wikipedia.org/wiki/%C4%90%C3%A1

Cơ bản

Theo quan điểm của địa chất học, đá là một tập hợp ở thể rắn vững chắc trong tự nhiên của một hoặc nhiều khoáng chất. Ví dụ, loại đá granit thường là sự kết hợp của các khoáng chất thạch anh, fenspat và biotit. Lớp vỏ rắn ngoài của Trái Đất, tức lớp thạch quyển, được làm bằng đá. Ba nhóm chính của các loại đá được định nghĩa là: magma, trầm tích và biến chất. Các nghiên cứu khoa học của các loại đá được gọi là ngành thạch học, là một ngành nghiên cứu quan trọng trong lĩnh vực địa chất.
Đá là tương đối bền vững so với thời gian sống của một đời người, nhưng chúng có thể bị biến đổi bởi các quá trình địa chất diễn ra trong thời gian rất dài. Chu trình thạch học mô tả các giai đoạn mà các loại đá được hình thành và biến chuyển từ dạng này sang dạng khác. Đá magma hình thành khi dung nham đông nguội trên bề mặt hoặc kết tinh ở dưới sâu. Các đá trầm tích được hình thành từ quá trình lắng đọng vật liệu, rồi nén ép thành đá. Trong khi đá biến chất có thể hình thành từ các loại đá magma, đá trầm tích hay các loại đá biến chất có trước dưới tác động của nhiệt độ và áp suất.
Ở mức độ chi tiết, đá được tạo thành từ các hạt khoáng chất, trong đó, lần lượt, là chất rắn đồng nhất hình thành từ một hợp chất hóa học được sắp xếp một cách có trật tự. Các khoáng chất tổng hợp hình thành đá được tổ chức với nhau bằng liên kết hóa học. Các loại và sự phong phú của các khoáng chất trong một tảng đá được xác định bởi cách thức mà chúng được hình thành. Đa phần đá chứa oxit silic (SiO2); một hợp chất của silic và oxy hình thành 74,3% của vỏ trái đất. Vật liệu này tạo thành các tinh thể với các hợp chất khác trong đá. Tỷ lệ silica trong đá và khoáng chất là yếu tố chính trong việc xác định tên và thuộc tính của chúng.
Đá địa chất được phân loại theo các đặc điểm như khoáng sản và thành phần hoá học, tính thấm, cấu trúc của các hạt cấu thành, và kích thước hạt. Những tính chất vật lý là kết quả cuối cùng của quá trình hình thành các loại đá. Theo thời gian, đá có thể chuyển đổi từ loại này vào loại khác, như được mô tả bằng mô hình địa chất gọi là chu kỳ thạch học. Những sự kiện này tạo ra ba nhóm lớn của đá là: đá magma (nham thạch), đá trầm tích và đá biến chất.
Ba nhóm trên của đá được chia thành nhiều nhóm nhỏ hơn. Tuy nhiên, không có ranh giới cứng, có những loại đá là trung gian giữa các nhóm . Tăng giảm theo tỷ lệ các khoáng chất thành phần của chúng, chúng sẽ có tất cả các chuyển tiếp, các cấu trúc đặc biệt cũng của một loại đá thường có thể được truy dần sáp nhập vào những loại khác. Do đó các định nghĩa thông qua việc thiết lập danh mục đá chỉ đơn thuần là tương ứng với các điểm được lựa chọn nhiều hơn hoặc ít hơn tùy ý trong một loạt các loại đá.

Chu trình thạch học

Chu trình thạch học hay còn gọi là vòng tuần hoàn của đá nằm ở lớp thạch quyển thuộc vỏ Trái Đất. Cũng giống như nước hay nhiều loại hợp chất khác, chúng biến đổi tuần tự theo một chu trình xác định và quay vòng một cách có hệ thống tạo nên vòng tuần hoàn khép kín.
Các đá magma được kết tinh bên dưới lớp vỏ từ magma nóng hoặc được đưa lên trên mặt để hình thành đá núi lửa. Các quá trình bóc mòn, phong hóa diễn ra trên bề mặt làm đá vỡ ra được mang đi nơi khác lắng đọng lại ở những môi trường có năng lượng thấp như hồ, biển, vv… Sau khi lắng đọng thường do áp lực của chính bản thân vật liệu làm các vật liệu trầm tích bị cố kết để hình thành nên đá trầm tích. Một khi các đá trầm tích hoặc magma chịu tác động của môi trường có nhiệt độ hoặc áp suất cao hoặc cả hai yếu tố trên làm cho chúng bị biến đổi về cả thành phần và cấu trúc để tạo ra các đá biến chất. Cả ba loại đá này đều có thể bị hút chìm vào bên trong manti ở các đới hút chìm và tan chảy thành magma lỏng và cứ thế quá trình tiếp tục tuần hoàn.

Sơ đồ thạch học. 1 = magma; 2 = kết tinh; 3 = đá magma; 4 = bào mòn; 5 = trầm tích; 6 = lắng đọng & đá trầm tích; 7 = chôn vùi kiến tạo & biến chất; 8 = đá biến chất; 9 = nóng chảy.

Các loại đá cũng như vậy, chúng cũng biến đổi tuần tự theo những chu trình xác định dưới những điều kiện tác động về hóa lý khác nhau từ môi trường như bị phong hóa, lắng đọng, nóng chảy, kết tinh, đông kết..vv. Ta có thể khởi đầu vòng tuần hoàn từ vật liệu magma có trong lòng đất.
(1) Magma → Đá magma phun trào → Trầm tích → Đá trầm tích → Đá biến chất → magma
(2) Magma → Đá magma xâm nhập → Trầm tích → Đá trầm tích → Đá biến chất → magma
Đây có thể coi là hai vòng tuần hoàn lớn vì ngoài ra còn có các vòng tuần hoàn nhỏ hơn cũng xuất phát từ vật liệu ban đầu là magma. Nhưng những vòng tuần hoàn nhỏ này có đường đi ngắn hơn, bỏ qua một số đá nào đó.
(3) Đá magma → Đá magma phun trào → Đá biến chất → magma
(4) Đá magma → Đá magma xâm nhập → Đá biến chất → magma
(5) Đá biến chất (có thể xuất phát từ thiên thạch)→ Trầm tích → Đá trầm tích → Đá biến chất → magma
(6) Đá trầm tích (có thể xuất phát từ thiên thạch)→ Trầm tích → Đá trầm tích → Đá biến chất → magma

Đá magma (nham thạch)

Đá nham thạch (từ Igneous có nguồn gốc từ chữ Latin igneus ý nghĩa của lửa, từ Ignis có nghĩa là lửa) hình thành thông qua việc làm nguội và đông đặc của magma hoặc dung nham nóng chảy. Magma này có thể được bắt nguồn từ sự tan chảy một phần của các loại đá tồn tại từ trước trong lớp vỏ trái đất. Thông thường, sự tan chảy của đá là do một hoặc nhiều hơn quá trình: sự gia tăng nhiệt độ, giảm áp lực, hoặc một sự thay đổi trong thành phần.
Đá nham thạch được chia thành hai loại chính: đá plutonic (đá nham thạch xâm nhập) và đá vocanic (đá nham thạch phun trào). Plutonic xảy ra khi magma nguội và kết tinh chậm bên trong lớp vỏ trái đất. Các tinh thể kết tinh rõ ràng, các đá loại này thường có cấu tạo đặc sít. Sự kết tinh của dung dịch magma trong giai đoạn sau có môi trường thuận lợi để hình thành loại đá có kích thước hạt rất to như pegmatit. Các đá xâm nhập có mặt trong các dãy núi cổ và hiện đại, tuy nhiên chúng chỉ có trên các lục địa. Ví dụ phổ biến của loại hình đá này là đá granit. Đá mácma phun trào được thành tạo khi dung dịch magma phun trào lên trên bề mặt trái đất, có sự giải phóng các chất khí có trong dung dịch magma một cách mãnh liệt, các đá macma phun trào thường có cấu tạo rỗng xốp. Trên mặt đất, do nguội lạnh nhanh, dung nham không kịp kết tinh, hoặc chỉ kết tinh được một bộ phận với kích thước tinh thể rất nhỏ, chưa hoàn chỉnh, còn đại bộ phận tồn tại ở dạng vô đình hình, trong đá có lẫn nhiều bọt khí (do đang sôi và bị nguội lạnh nhanh). Điển hình của loại đá này là đá basalt.
Khoảng 64,7% vỏ trái đất tính theo thể tích là đá magma hoặc có nguồn gốc magma, điều này làm cho nó là thể loại phong phú nhất. Trong số này, 66% là bazan và gabbros, 16% là đá granit, và 17% granodiorites và diorites. Chỉ có 0,6% là syenites và 0,3% peridotit và dunites. Các lớp vỏ đại dương là 99% bazan, đó là một loại đá nham thạch thành phần mafic. Đá granit và đá tương tự, được gọi là meta-granitoid, tạo thành nhiều lớp vỏ lục địa. Hơn 700 loại đá nham thạch đã được mô tả, hầu hết trong số chúng đã được hình thành bên dưới bề mặt của lớp vỏ Trái Đất.

Đá trầm tích (Sedimentary)

Phần lớn lớp vỏ trái đất được cấu tạo bởi các đá magma và đá biến chất, ước tính chúng chiếm khoảng 90-95% trong khoảng 16 km tính từ bề mặt trái đất. Tuy vậy, nhưng hầu hết bề mặt phía trên trái Đất lại được bao phủ bởi đá trầm tích. Về cơ bản tất cả diện tích đáy biển được phủ bởi trầm tích và 70-80% diện tích các lục địa được bao phủ bởi các đá trầm tích. Hầu hết các hóa thạch được phát hiện trong lớp trầm tích, đá trầm tích và đá biến chất. Đá trầm tích có chứa các dấu hiện quan trọng cho việc tìm hiểu các điều kiện môi trường mà trước đây từng tồn tại trên bề mặt Trái Đất. Các nguồn năng lượng như dầu mỏ, khí thiên nhiên, than đá và urani được chiết tách từ đá trầm tích.
Đá trầm tích được tạo ra từ sự lắng đọng của các mảnh vụn hoặc các chất hữu cơ, hay các chất kết tủa hóa học (các chất còn lại sau quá trình bay hơi), được nối tiếp bằng sự kết đặc của các chất cụ thể và quá trình xi măng hóa. Quá trình xi măng hóa có thể diễn ra tại hoặc gần bề mặt Trái Đất, đặc biệt là đối với các loại trầm tích giàu cacbonat.
Do được hình thành trong các điều kiện môi trường năng lượng thấp nên đá trầm tích có các đặc điểm chung là:
Có tính phân lớp rõ rệt, chiều dày, màu sắc, thành phần, độ lớn của hạt, độ cứng… của các lớp cũng khác nhau.
Cường độ nén theo phương vuông góc với các lớp luôn luôn cao hơn cường độ nén theo phương song song với thớ.
Đá trầm tích không đặc, chắc bằng đá mácma (do các chất keo kết thiên nhiên không chèn đầy giữa các hạt hoặc do bản thân các chất keo kết bị co lại – một đặc trưng của quá trình xi măng hoá). Vì thế cường độ của đá trầm tích thấp hơn, độ hút nước cao hơn. Một số loại đá trầm tích khi bị hút nước, cường độ giảm đi rõ rệt, có khi bị tan rã trong nước. Đá trầm tích rất phổ biến, dễ gia công nên được sử dụng khá rộng rãi.

Đá biến chất (Metamorphic)

Đá biến chất được tạo ra từ sự thay đổi của bất kỳ loại đá nào (bao gồm cả đá biến chất đã hình thành trước đó) đối với các điều kiện thay đổi của môi trường như nhiệt độ và áp suất so với các điều kiện nguyên thủy mà các loại đá đó được hình thành. Các điều kiện nhiệt độ và áp suất này luôn luôn cao hơn so với các chỉ số của chúng ở bề mặt Trái Đất và phải đủ cao để có thể thay đổi các khoáng chất nguyên thủy thành các dạng khoáng chất khác hoặc thành các dạng khác của cùng một khoáng chất (ví dụ bằng sự tái kết tinh).
Mức độ biến chất của đá có thể được miêu tả qua một số tướng (hình thái), mỗi tướng đặc trưng bởi một số loại đá có khoáng sản đi kèm trong một giới hạn nhiệt độ và áp suất nhất định. Lý thuyết về tướng biến chất được nhà địa chất Phần Lan, Pentti Eskola đưa ra năm 1915, lý thuyết này là sự phát triển tiếp theo của công trình phiến biến chất được Viktor M. Goldschmidts đưa ra từ thập niên 1900. Có một số loại biến chất như sau: biến chất khu vực, biến chất tiếp xúc, biến chất nhiệt dịch, biến chất va chạm.
Biến chất khu vực xảy ra trong khu vực rộng lớn, chẳng hạn như các dãy núi. Khi các mảng kiến tạo hội tụ và các tầng trên của các lớp gấp lại và ép xuống làm những lớp đá hình thành trước bị lún sâu hơn, bên trên là những lớp trầm tích mới tích tụ dần gây nên áp lực và nhiệt độ gia tăng. Điều này dẫn đến cả hai quá trình tái kết tinh và thay đổi cấu trúc. Loại đá này có tính phân phiến (lớp mỏng) nên tính chất cơ học kém hơn đá mácma. Ví dụ Đá gơnai (do đá granit tái kết tinh), phiến sét (do sự biến chất của đất sét dươi áp lực cao).
Biến chất tiếp xúc xảy ra khi đá nằm bên cạnh một khối mácma bị ảnh hưởng bởi nhiệt từ mácma. Kích thước của mácma ảnh hưởng đến khoảng cách mà khối đá có trước bị biến chất. Trong một thể magma lớn, giống như một thể batolit lớn có thể đến vài km, thì lớp biến chất tiếp xúc có thể chỉ vài cm. Biến chất tiếp xúc xảy ra ở tất cả các độ sâu trong lớp vỏ, nhưng là rõ ràng nhất khi nó xảy ra gần bề mặt, bởi vì áp lực thấp, và độ lệch nhiệt độ quá lớn. Vì biến chất tiếp xúc không liên quan đến bất kỳ áp lực nào tác động lên nên các tinh thể không định hướng theo bất kỳ hướng nào. Ví dụ đá hoa (do tái kết tinh đá vôi và đá đôlômit dưới tác dụng của nhiệt độ và áp suất cao mà thành), thạch anh (biến chất từ cát)…
Biến chất nhiệt dịch xảy ra khi dòng nhiệt dịch nóng xen vào trong các khe nứt làm ảnh hưởng đến khối đá có trước. Điều này thường xảy ra trong các khe nứt của các hoạt động lửa, vì điều này góp phần ra nhiệt cần thiết.
Biến chất va chạm xảy ra khi thiên thạch va chạm bề mặt đất, do động năng rất lớn của thiên thạch được chuyển thành nhiệt và áp suất trong đá bị va chạm. Trong một số trường hợp, những tác động này tạo thành các coesit, một loại silica mật độ lớn, và thậm chí hình thành các hạt kim cương nhỏ. Sự hiện diện của các khoáng chất như trên cho thấy rằng ít nhất là thiên thạch đã tạo ra áp lực và nhiệt độ gây biến đổi phần trên cùng, nơi mà các khoáng vật thường được hình thành.