Z fyzikálně chemického hlediska představuje hornina minerální systém vystupující v určitém rovnovážném stavu. Od minerálu se liší především svojí látkovou a stavební nehomogenitou. Zatímco minerál má ve všech svých částech a všech jedincích stejné chemické složení a stejnou strukturu, hornina je nehomogenní, tj. skládá se z různých minerálů, lišících se vzájemně svým chemickým složením, atomovou stavbou a pravidelným nebo nepravidelným rozmístěním v prostoru. S ohledem na výše zmíněnou nehomogenitu je chemické složení hornin na rozdíl od minerálů variabilní a nelze je vyjádřit chemickým vzorcem. Minerální složení, stavba a geologické vystupování hornin souvisí vždy bezprostředně s geologickými pochody, kterými vznikly.
Horniny se většinou skládají z několika minerálních druhů a označují se jako složené nebo polyminerální (např. žula, rula). Kromě nich existují též horniny jednoduché nebo monominerální (např. krystalické vápence, křemence, sádrovce, dolomity). Tyto jsou sice látkově homogenní, avšak fyzikálně nehomogenní (jednotlivá minerální individua zaujímají v prostoru různou polohu).
Každý druh hornin se vyznačuje určitým charakteristickým minerálním složením, geologickým výskytem, stavbou, popř. i svým stářím.
Horniny zemské kůry vytvářejí větší, geneticky definovatelné celky. Podle původu a způsobu vzniku se rozlišují tři základní kategorie hornin:
Vyvřelé horniny vznikají krystalizací přirozené silikátové taveniny - magmatu.
Usazené horniny vznikají:
Metamorfované horniny vznikají překrystalováním hornin vyvřelých a usazených.
Na vyvřelé a přeměněné horniny připadá přibližně 95 %, na horniny usazené asi 5 % celkového objemu zemské kůry. Vyvřelé a přeměněné horniny budují spíše hlubší části zemské kůry a na zemský povrch tak vystupují asi jen na čtvrtině plošné rozlohy pevnin. Zbývající 3/4 plochy pevnin, dna oceánů a moří jsou pokrývány sedimentárními horninami různé mocnosti (obrázek 1).
Každou horninu lze bez ohledu na její genezi charakterizovat jejím minerálním složením, chemickým složením a stavbou. Tato data pak označujeme jako tzv. základní vlastnosti hornin.
Z celkového počtu dvou až tří tisíc hlavních minerálů podílejících se na stavbě zemské kůry se pouze jen několik desítek (asi 40) uplatňuje ve výraznější míře na složení hornin. Tyto minerály označujeme jako tzv. minerály horninotvorné. Patří k nim zejména křemičitany, některé oxidy, uhličitany a fosforečnany. Na ostatní skupiny připadá v rámci horninotvorných minerálů jen relativně malý podíl.
Horninotvorné minerály rozdělujeme:
1) Podle kvantitativního zastoupení na minerály:
2) Podle barvy na minerály:
3) Podle původu na minerály:
Výzkum chemického složení hornin je v řadě případů podkladem pro jejich klasifikační třídění a posuzování vzájemné příbuznosti. Vzhledem k látkové a stavební nehomogenitě se chemické složení hornin mění ve značně širokém rozmezí. Na rozdíl od chemického složení minerálu, které můžeme vždy vyjádřit určitým chemickým vzorcem, udáváme chemické složení horniny na základě sumárního obsahu hmotnostních procent základních horninotvorných oxidů, stanovených chemickou silikátovou analýzou. Tyto oxidy reprezentují standardní řadu, zahrnující převážnou většinu "makroprvků" podílejících se na složení zemské kůry. Uvedená řada neobsahuje stopové prvky a prvky vzácných zemin, které je třeba analyzovat samostatnými speciálními postupy.
K základním oxidům, zastoupeným ve většině hornin, patří následující: SiO2, TiO2, Al2O3, Fe2O3, FeO, MnO, MgO, CaO, Na2O, K2O, H2O a P2O5. Tato řada je v některých analýzách doplněna stanovením např. SO3, CO2, Li2O apod.
Mezi minerálním složením horniny a jejím chemismem existuje vzájemně úzký vztah. Z kvantitativního minerálního složení horniny můžeme relativně dosti přesně vypočítat složení chemické. Z chemismu horniny však nikdy nelze určit přesné složení minerální, a to zejména proto, že jednotlivé prvky mohou být zastoupeny ve více horninotvorných minerálech a na genezi hornin se navíc uplatňují i další faktory, jako je především teplota a tlak.
Stavba hornin je důležitým diagnostickým znakem pro jejich určení a bližší poznání podmínek jejich vzniku. Pod pojmem stavba horniny rozumíme strukturu a texturu.
Struktura horniny je určena tvarem, velikostí a vzájemným sepětím minerálů.
Textura horniny je podmíněna prostorovým uspořádáním minerálních součástí.
Struktura závisí obvykle na chemismu a na fyzikálních podmínkách prostředí, zejména teplotě, tlaku a době tuhnutí magmatu. Textura shrnuje všechny znaky, na jejichž utváření se podílejí vnější faktory (gravitace, proudění magmatu, procesy depozice, resp. redepozice materiálu).
Texturu je možné ve většině případů pozorovat již makroskopicky ve vzorku horniny nebo přímo na odkryvu v terénu. Také struktura horniny je někdy patrná již makroskopicky, obvykle však lze její povahu bezpečně určit teprve mikroskopicky ve výbrusech hornin.
Kromě základních vlastností se u hornin, především pro technické účely, zjišťují i některé vlastnosti fyzikální.
Hustota hornin - závisí na jejich minerálním složení. Horniny složené ze světlých minerálů mají hustotu menší než 2,8 g.cm-3, horniny s převahou tmavých minerálů větší než 2,8 g.cm-3. U vyvřelých hornin stoupá hustota od hornin kyselých k bazickým až ultrabazickým. Hustotu některých hornin může snižovat jejich pórovitost.
Pevnost hornin - je odpor, který hornina klade, chceme-li oddělit její části. Rozeznáváme pevnost v tlaku, tahu, ohybu apod. Pevnost hornin závisí na jejich čerstvosti, struktuře a textuře.
Nasáklivost hornin - je poměr mezi hmotností suché horniny v kg a přírůstkem hmotnosti po nasáknutí vodou. Tento poměr se vyjadřuje v %. Tato vlastnost je důležitá zejména pro vodní stavby. Malá nasáklivost zvyšuje hodnotu a technickou použitelnost horniny.
Tvrdost hornin - je odpor proti vnikání jiné hmoty. Její stupeň závisí na tvrdosti součástek, na struktuře, na pevnosti spojení zrn, velikosti, tvaru zrn a stupni čerstvosti.
Opotřebitelnost hornin - je stupeň odolnosti proti nárazům a tření. Zjišťuje se ztrátou na hmotě při otlukové zkoušce nebo zkoušce obrusnosti. Tato vlastnost se uplatňuje zejména při zpracování, broušení a leštění hornin. Závisí na minerálním složení, tvrdosti, štěpnosti nebo lomnosti nerostů, pevnosti spojení zrn, na struktuře, textuře a čerstvosti horniny.
Barva hornin - závisí na barvě nerostných součástek, na poměru světlých a tmavých nerostů, jejich velikosti a na struktuře. Jestliže v hornině některý nerost převládá, převládá zpravidla i jeho barva.
Leštitelnost hornin - je dána leštitelností jednotlivých nerostů a dále ji ovlivňuje stupeň čerstvosti a struktura. Nejlépe se leští křemen, nejhůře slídy. Tmavé minerály nabývají po vyleštění vysoký lesk. Optimálních výsledků se při leštění dosahuje u hlubinných vyvřelin a krystalických vápenců.
Odlučnost hornin - představuje jejich dělitelnost podle puklin. Tyto pukliny vznikají u vyvřelin chladnutím již utuhlého magmatu, u sedimentů v etapě jejich zpevňování, u přeměněných hornin působením horotvorného tlaku.
LITOSFÉRA je vnější, pevná, na bloky rozdělená část Země, která se pohybuje po svém podloží. Její mocnost je kolem 100 km. Podle nejnovějších geofyzikálních údajů je její mocnost menší pod oceány (asi 70 km) a větší pod kontinenty. Někteří autoři předpokládají mocnost litosféry až kolem 100-150 km. V dnešním pojetí tak litosféra zahrnuje zemskou kůru a nejsvrchnější část pláště, oddělené od sebe tzv. Mohorovičičovou diskontinuitou (obrázek 2).
Podobně jako je celá litosféra tvořena horninami, je jimi převážně tvořena i její povrchová část, označovaná jako zemská kůra.
ZEMSKÁ KŮRA tvoří nejsvrchnější část pevného zemského tělesa. Její mocnost je proměnlivá. Na pevnině dosahuje 30-40 km, pod oceány pouze 6-15 km. Ostrou hranicí označovanou jako Mohorovičičova diskontinuita je oddělena od podložního pláště.
Zemskou kůru lze rozdělit na dva typy (obrázek 3 a obrázek 4):
Oceánská kůra je mnohem slabší než kůra pevninská. Její mocnost dosahuje kolem 6-12 km. Podle současných seismických výzkumů se skládá z několika vrstev (obrázek 5 a obrázek 6):
Jinou možností je, že 3. oceánská vrstva je tvořena hlubinným ekvivalentem bazaltu - gabrem, nebo jeho metamorfovanými ekvivalenty, jako je amfibolit.
Někteří autoři se současně domnívají, že 3. oceánská vrstva je tvořena různě metamorfovanými ekvivalenty bazaltů, např. zelenými břidlicemi nebo amfibolity. Tyto horniny byly pak při přímém zkoumání hornin na středooceánských hřbetech společně s gabry skutečně nalezeny.
Kontinentální kůra. Složení kontinentální kůry je mnohem rozmanitější než v případě kůry oceánské, což s největší pravděpodobností souvisí s komplikovanějším vývojem pevnin. Nejvýznamnějším rozdílem mezi pevninskou a oceánskou kůrou jsou rozdíly v mocnostech. Pevniny se tak podobají velkým krám, z nichž průměrně 2/5 vyčnívají nad povrch oceánské kůry, zatímco zbývající 3/5 leží hlouběji.
Mocnost pevninské kůry je značně variabilní. Pohybuje se nejčastěji v rozmezí 25-70 km, průměrně kolem 40 km. Pevninská kůra je tvořena rovněž třemi vrstvami (obrázek 7), avšak s poněkud odlišným složením (obrázek 8) a vzájemným vztahem než je tomu u kůry oceánské.