Минералы

Минералы — это природные тела, приблизительно однородные по химическому составу и физическим свойствам, образующиеся в результате физико-химических процессов на поверхности или в глубинах Земли (или других космических тел), главным образом, как составная часть горных пород, руд, метеоритов, без вмеша­тельства человека в эти процессы. В этом отличие минералов от искусственных продуктов, получаемых в лабораториях, на фабри­ках и заводах.

В природе найдено и изучено более 3 тыс. минералов. В на­стоящее время ежегодно открывается около 30 их видов, из них только несколько десятков широко распространены, остальные — редки.

По физическому состоянию различают минералы твердые (кварц, полевой шпат, слюда), жидкие (вода, нефть, ртуть само­родная) и газообразные (водород, кислород, углекислый газ, се­роводород и др.). Некоторые минералы в зависимости от условий могут быть как в жидком, так и в твердом состоянии (например, вода).

По внутреннему строению минералы делятся на кристалличес­кие (кухонная соль) и аморфные (опал). В минералах с кристал­лическим строением элементарные частицы (атомы, молекулы) расположены в определенном направлении и на определенном расстоянии между собой, образуя кристаллическую решетку. В аморфном веществе указанные частицы расположены хаоти­чески.

От внутреннего строения минерала (кристаллического или аморфного) зависят его основные физические свойства (твер­дость, спайность, кристаллографическая внешняя форма и др.).

В зависимости от происхождения различают минералы первич­ные и вторичные.

К первичным относятся минералы, образовавшиеся впервые в земной коре или на ее поверхности в процессе кристаллизации магмы. К первичным наиболее распространенным минералам относятся кварц, полевой шпат, слюда, из которых состоят гра­нит или сера в кратерах вулканов.

Вторичные минералы образовались при обычных условиях из продуктов разрушения первичных минералов вследствие вывет­ривания, при осаждении и кристаллизации солей из водных рас­творов или в результате жизнедеятельности живых организмов. Это — кухонная соль, гипс, сильвин, бурый железняк и другие.

Процессов, в результате которых образуются минералы, в при­роде наблюдается много. Различают следующие процессы: магма­тические, гипергенные, или климатические, и метаморфические.

Основным процессом является магматический. Он связан с охлаждением, дифференциацией и кристаллизацией расплавлен­ной магмы при различных давлении и температуре. Магма состо­ит преимущественно из таких химических компонентов: Si02, А120з, FeO, CaO, MgO, К2О, содержит она и другие химические соединения, но в меньшем количестве.

Минералы при этом образуются преимущественно при темпе­ратуре 1000—1500°С и давлении в несколько тысяч атмосфер. Из минералов магматического происхождения образуются все пер­вичные кристаллические породы. Минералы, происхождение ко­торых связано с магмой и внутренним теплом Земли, называют первичными. К ним относятся полевые шпаты — ортоклаз, альбит, анортит, из ортосиликатов — оливин и другие.

Минералы образуются также из газов (газовая фаза магмы). Наиболее распространены из них пегматиты, или жильные мине­ралы, ортоклаз с кварцем, микроклин, апатит, мусковит, биотит и многие другие. Такие минералы называются пнеуматогенными.

Из горячей жидкости магмы (жидкая фаза) образуются гидро­термальные минералы — пирит, золото, серебро и много других.

Гипергенные процессы происходят на поверхности Земли при обычных условиях под влиянием воды, температуры и других факторов. В результате этого растворяются и перемещаются раз­ные химические соединения, появляются новые (вторичные) ми­нералы, например сильвин, кварц, кальцит, бурый железняк и каолинит. Минералы гипергенного цикла образуются при давлении до 1 атм и температуре ниже 100°С. Качественный состав этих минералов на поверхности Земли в определенной мере зависит от географи­ческих широт. Следует отметить, что преобразование одного и того же минерала при разных условиях может проходить неоди­наково. Например, гидрослюды образуются не только из слюд, но и искусственным путем.

Основным материалом для образования минералов гиперген­ного происхождения являются выветрившиеся первичные породы или те, которые уже прошли процесс преобразования. В этом про­цессе принимают участие также живые организмы. Минералы ги­пергенного цикла, образующиеся при действии внешних процес­сов, входят в состав осадочных и почвообразующих пород.

Экзогенные процессы минералообразования происходят как на поверхности Земли, так и в коре выветривания. Для образования минералов экзогенного происхождения важное значение имеют процессы физического, химического и биологического выветри­вания.

При метаморфическом процессе минералы образуются на боль­ших глубинах от поверхности Земли при изменении физико-хими­ческих условий (температура, давление, концентрация химически активных компонентов). В этих условиях происходит преобразо­вание ранее образованных многих первичных и вторичных мине­ралов. Среди них наиболее распространенными являются гематит, графит, кварц, роговая обманка, тальк и многие другие.

6. что изучает тектоника? Тектоника изучает процессы горообразования, а механические движения земной коры, связанные с этими процессами, называют тектоническими явлениями.

7. Органогенные известняки с крупными обломками раковин наз. ракушечниками. Среди органогенных известняков, в зависимости от вида и сохранности оргапотенных остатков, выделяются биоморфные, водорослевые, коралловые, форами- ниферовые, детритовые (размер остатков более 0,1 мм), шламовые (менее 0,1 мм) и др. Уд. вес И. 2,70—2,76 г/см3, объемный вес от 1,65 (оолитовый известняк) до 2,75 г/см8. Пористость от 0,3% (микрозернистый) до 32% (ракушечник). Твердость по Шрейнеру от 110 до 180. Коэфф. теплопроводности (ккал/м- час -г рад) от 0,25 (ракушечник) до 2,5—2,8 (микрозернистый). Предел прочности на сжатие в сухом состоянии от 10—60 (у ракушечников) до 2500—3000 кг/см2 (у микрозернистых), чаще 250—600 кг/см2. Коэфф. размягчения 0,4—1,0, обычно 0,6—0,8, морозостойкость 0,2—1,0, чаще 0,6—0,9. Главные потребители известняка: металлургич. пром-сть (флюс), химическая (для произ-ва карбида кальция и др.), сахарная, строительная, стекольная, бумажная промышленность и др. В строительстве известняки широко используются в качестве пиленого камня, крупных блоков, бута, щебня для бетона, крошки, порошка, сырья для произ-ва извести и цемента, пигмента при малярных работах и др.

И. обычно залегают в виде пластов и лина, мощностью от нескольких метров до нескольких километров. Крупные карьеры па добыче известняки имеются в Подмосковье, на Урале, в Донбассе, на Самарской Луке и во многих других местах. Добыча известняка, как правило., высоко механизврована и себестоимость добываемого камня минимальная по сравнений) с другими породами.

8. Го́рные поро́ды — природная совокупность минералов более или менее постоянного минералогического состава, образующая самостоятельное тело в земной коре. Планеты земной группы и другие твёрдые космические объекты состоят из горных пород.

Считается, что термин в современном смысле впервые употребил в 1798 году русский минералог и химик В. М. Севергин.

9. Группы горных пород

По происхождению горные породы делятся на три группы: магматические (эффузивные и интрузивные), осадочные и метаморфические.

Магматические и метаморфические горные породы слагают около 90 % объёма земной коры, однако, на современной поверхности материков области их распространения сравнительно невелики. Остальные 10 % приходятся на долю осадочных пород, занимающие 75 % площади земной поверхности.

Магматические горные породы по своему происхождению делятся на эффузивные и интрузивные. Эффузивные (вулканические) горные породы образуются при изливании магмы на поверхность Земли. Интрузивные горные породы, напротив, возникают при изливании магмы в толще земной коры.

Разделение горных пород на магматические, метаморфические и осадочные не всегда очевидно. В осадочных горных породах, в процессе диагенеза, уже при очень низких (в геологическом смысле) температурах, начинаются минеральные превращения, однако породы считаются метаморфическими при появлении в них новообразованного гранита. При умеренных давлениях начало метаморфизма соответствует температуре 300 °C.

При высоких степенях метаморфизма стирается грань между метаморфическими и магматическими горными породами. Начинается плавление пород, смешение новообразованных расплавов с явно внешними. Часто наблюдаются постепенные переходы от явно метаморфических, полосчатых пород, к типичным гранитам. Такие процессы относятся к ультраметаморфизму.

Этот список игнорирует существование большой группы пород, имеющих важное значение, — метасоматические горные породы, образующиеся также в широком температурном интервале. К ним относятся, например, вторичные кварциты по кислым эффузивам, грейзены по гранитам, пропиллиты по средним и основным породам и т. д., а также широкая группа пород, слагающие околожильные зоны. Пропущена также специфическая группа горных пород, названная рудой (понятие не геологическое, а геолого-экономическое). Эта группа пород сложена преимущественно сульфидными минералами, хотя она может включать породы, сложенные и другими минералами (магнетит (железные руды), апатитовые руды, хромитовые руды и пр).

Ранее считалось, что отличие метасоматических пород от метаморфических пород заключается в участии воды в образовании только метасоматитов, но последующие исследования показали, что и метаморфические породы (гнейсы и сланцы), образованные даже при высоких темперурах, также формируются с участием воды. Так результаты изотопных исследований по кислым и средним силикатным породам показали, что все силикатные минералы (кварц, биотит, полевые шпаты, гранаты, роговые обманки и пр.) выделяются одновременно с водой, находясь с ней в изотопном равновесии по кислороду. В отличие от кислых пород все силикатные минералы (полевые шпаты, гранаты, оливины, пироксены и пр.) основных и ультраосновных пород, выделяются в изотопном равновесии по кислороду с СО2.

Отдельно стоят мантийные породы. С одной стороны, условия в мантии таковы, что даже если порода изначально была магматической, она всё равно претерпела бы в мантии изменения. В целом для основного объёма мантии остаётся дискуссионным вопрос, была ли она когда-то в расплавленном состоянии. С другой стороны, по минералогии мантийные породы во многом идентичны породам магматическим. Поэтому к ним применяется номенклатура магматических пород с вариациями.

Есть магматические комплексы, текстурные признаки которых напоминают текстурные особенности осадочных пород. Это расслоённые основные интрузии. В некоторых из них наблюдаются типичные для осадочных горных пород градационная расслоенность, косая слоистость, ритмичное строение толщи, наличие скоплений тяжёлых минералов. Однако, вместо осадочных алевролитов, песчаников и гравелитов, такие комплексы сложены обычными магматическими породами. Неоднократно образование таких объектов объяснялось метаморфизмом осадочных пород, но такая интерпретация не могла объяснить наличие резких контактов между комплексом и вмещающими породами. На сегодня общепризнанно, что такие объекты формируются в результате гравитационного осаждения минералов из конвектирующего расплава. То есть процесс имеет много общего с осадконакоплением, но среда, переносящая вещество, в данном случае не вода, а магма.

Описанием и классификацией магматических и метаморфических горных пород занимается Петрография, изучением их генезиса — Петрология. Описанием, классификацией и анализом условий образования осадочных горных пород занимается Литология, в которой выделяется самостоятельный раздел — Петрография осадочных пород. С Литологией тесно связана родственная ей Седиментология, занимающаяся изучением условий образования современных осадков. Поскольку отсутствуют строгие определения понятий «осадок» и «осадочная порода», то различие между осадком и осадочной горной породой не всегда ясно. Эти науки тесно связаны с геохимией и минералогией.

Магматические горные породы (Греция). По светлым полосам можно определить направление потоков лавы

Основная статья: Магматические горные породы

По глубине формирования породы делятся на три группы: породы, кристаллизующиеся на глубине — интрузивные горные породы, например, гранит. Они образуются при медленном остывании магмы и обычно хорошо раскристаллизованны; гипабисальные горные породы образуются при застывании магмы на небольших глубинах, и часто имеют неравномернозернистые структуры (долерит). Эффузивные горные породы формируются на земной поверхности или на дне океана (базальт, риолит, андезит).

Подавляющее большинство природных магм содержат в качестве основного компонента кремний и представляют собой силикатные расплавы. Много реже встречаются карбонатные и сульфидные и металлические расплавы. Из карбонатных раплавов образуются карбонатные магматические горные породы — карбонатиты. В XX веке зафиксированно несколько извержений вулканов с карбонатитовыми магмами. Сульфидные и металлические расплавы образуются в следстивие несмесимости и ликвации с силикатными жидкостями.

Важнейшей характеристикой магматической породы является состав. Существует несколько классификаций магматических горных пород по составу (номенклатура горных пород). Наибольшее значение имеет классификация по содержанию в породах кремнезёма SiO2, и щелочей(Na2O + K2O). По содержанию щелочей породы делятся на серии. Выделяются породы нормальной, субщелочной и щелочной серий. Формальным признаком такого деления служит появление в породе специфических щелочных минералов. По содержанию SiO2 породы разделены на ультраосно́вные — SiO2 в породе меньше 45 %, осно́вные — если содержание SiO2 находится в диапазоне от 45 % до 54 %, средние — если от 54 до 65 % и кислые — содержание SiO2 больше 65 %.

Образование магматических пород непрерывно происходит и сейчас, в зонах активного вулканизма и горообразования.

Метаморфическая горная порода, расслоившаяся по двум перпендикулярным направлениям (Долина Смерти, США)

Основная статья: Метаморфические горные породы

Метаморфические горные породы образуются в толще земной коры в результате изменения (метаморфизма) осадочных или магматических горных пород. Факторами, вызывающими эти изменения, могут быть: близость застывающего магматического тела и связанное с этим прогревание метаморфизуемой породы; воздействие отходящих от этого тела активных химических соединений, в первую очередь различных водных растворов (контактовый метаморфизм), или погружение породы в толщу земной коры, где на неё действуют факторы регионального метаморфизма — высокие температуры и давления.

Типичными метаморфическими горными породами являются гнейсы, разные по составу кристаллические сланцы, контактовые роговики, скарны, амфиболиты, мигматиты и др. Различие в происхождении и, как следствие этого, в минеральном составе горных пород резко сказывается на их химическом составе и физических свойствах.

Осадочные горные породы

Основная статья: Осадочные горные породы

Осадочные горные породы образуются на земной поверхности и вблизи неё в условиях относительно низких температур и давлений в результате преобразования морских и континентальных осадков. По способу своего образования осадочные породы подразделяются на три основные генетические группы: обломочные породы (брекчии, конгломераты, пески, алевриты) — грубые продукты преимущественно механического разрушения материнских пород, обычно наследующие наиболее устойчивые минеральные ассоциации последних; глинистые породы —дисперсные продукты глубокого химического преобразования силикатных и алюмосиликатных минералов материнских пород, перешедшие в новые минеральные виды; хемогенные, биохемогенные и органогенные породы — продукты непосредственного осаждения из растворов (например, соли), при участии организмов (например, кремнистые породы), накопления органических вещества (например, угли) или продукты жизнедеятельности организмов (например, органогенные известняки). Промежуточное положение между осадочными и вулканическими породами занимает группа эффузивно-осадочных пород. Между основными группами осадочных пород наблюдаются взаимные переходы, возникающие в результате смешения материала разного генезиса. Характерной особенностью осадочных Г. п., связанной с условиями образования, является их слоистость и залегание в виде более или менее правильных геологических тел (пластов).

10. Глауконит (главконит, «зеленая земля», от греч. glaukos — «светло-зеленый») — минерал, водный алюмосиликат железа, кремнезема и oксидa калия непостоянного состава. Химическая формула (K, H2O) (Fe3+,Al,Fe2+,Mg) 2 [Si3AlO10](OH)2×nH2O

Химический состав очень изменчивый: окись калия (К2О) 4,4—9,4%, окись натрия (Na2O) 0—3,5%, окись алюминия (Al2O3) 5,5—22,6%, окись железа (Fe2O3) 6,1—27,9%, закись железа (FeO) 0,8—8,6%, окись магния (MgO) 2,4—4,5%, двуокись кремния (SiO2) 47,6—52,9%, вода (H2O) 4,9—13,5%.

Существует в виде маленьких, округленных зеленоватых зерен. Распространен во всех геологических системах, — в песках, песчаниках, глинах, мергелях и известняках, окрашивая их в зеленоватые цвета. Образование глауконита происходит и в настоящее время на дне морей при участии мелких организмов. Твердость по минералогической шкале 2—3; плотность 2,2—2,8 гр/см3. Значительное содержание окиси калия и способность легко поддаваться выветриванию делает его хорошим средством для удобрения полей. Употребляется как сырье для изготовления и местами как готовая зеленая краска.

На территории России глауконит добывается из глауконитсодержащих песков, где содержание глауконита может достигать 60 %.