Минералы и горные породы. Земная кора сложена минералами и горными породами. Минералы - это достаточно устойчивые химические соединения и самородные элементы, имеющие строго конкретное, только им присущее внутреннее строение. Минералы образуются в результате эндогенных и экзогенных процессов, а также могут выращиваться в лабораториях, на заводах (драгоценные камни) и на морских фермах (жемчуг).
В природе существуют твердые (алмаз, кварц), жидкие (вода, нефть, ртуть) и газообразные (все газы) минералы. Твердые минералы могут быть кристаллическими (галит, кварц) и аморфными (опал, все смолы). Кристаллические состоят из множества структурных элементов, представляющих собой многогранники-кристаллы, аморфные кристаллов не имеют. Строение минералов определяет их свойства. Один и тот же химический элемент (или соединение) может образовывать разные кристаллические формы, т.е. разные минералы. Так, алмаз и графит состоят из углерода (С), пирит и марказит - из сульфида железа (FeS2), кальцит и арагонит - из карбоната кальция (CaCO3) и т.д.
Известно более 2500 минералов, а если учесть и их разновидности - около 4000, однако только немногим больше 50 (до1%) из них имеют породообразующее значение. Современная классификация минералов основывается на их составе и строении. В табл. III.3 приведена классификация породообразующих и некоторых наиболее часто встречающихся или представляющих особый интерес минералов.
Горные породы - минеральные агрегаты с более или менее постоянным минеральным составом. Они могут быть мономинеральными, т.е. состоящими из одного минерала, как, например, каменная соль (из галита), или из нескольких минералов, как, например, гранит (из полевых шпатов, кварца, биотита, амфибола). Многие мономинеральные породы носят такие же названия, как и слагающие их минералы: нефть, вода, слюда, глина, ангидрит, гипс и т.д. Сыпучие, жидкие и пластичные горные породы нередко называют геологическими образованиями.
Таблица III.3
Классификация минералов
| Классификационная группа | Распространение в земной коре | Основные минералы |
| 1. Самородные элементы | Около 90 минералов - 0,1% массы земной коры | Золото, платина, серебро - драгоценные металлы, медь - цветной металл, алмаз - драгоценный камень, графит, сера, мышьяк |
| 2. Сульфиды | Около 200 минералов - 0,25 % массы земной коры | Сфалерит - цинковая руда, галенит - свинцовая руда, халькопирит - медная руда, пирит - сырье для химической промышленности, киноварь - ртутная руда |
| 3. Сульфаты | Около 260 минералов, ~0,1% массы земной коры | Гипс, ангидрит, барит - цементное сырье, поделочный камень и др. |
| 4. Галлоиды | Около 100 минералов | Галит - каменная соль, сильвин - калийное удобрение, флюорит - фторид |
| 5. Фосфаты | Около 350 минералов - 0,7% массы земной коры | Фосфорит - удобрение |
| 6. Карбонаты | Около 80 минералов, ~1,8% массы земной коры | Кальцит, арагонит, доломит - строительный камень; сидерит, родохрозит - руды железа и марганца |
| 7. Окислы | Около 200 минералов, ~17% массы земной коры | Вода, лед; кварц, халцедон, яшма, опал, кремень, корунд -драгоценные и полудрагоценные камни; бокситовые минералы - руды алюминия, минералы руд железа, олова, марганца, хрома и др. |
| 8. Силикаты | Около 800 минералов, ~80% земной коры | Пироксены, амфиболы, полевые шпаты, слюды, серпентин, глинистые минералы - основные породообразующие минералы; гранаты, оливин, топаз, адуляр, амазонит - драгоценные и полудрагоценные камни |
По генезису (происхождению) горные породы классифицируют на магматические, метаморфические и осадочные. Из них только магматические породы являются первичными. Метаморфические и осадочные породы образовались за счет изменения и разрушения магматических пород.
Магматические горные породы. Магматические горные породы, как и слагающие их минералы, формируются из магматического расплава при застывании магмы в недрах (интрузивные) и на поверхности (эффузивные) Земли. Большинство магматических пород сложено силикатными минералами и по содержанию в них кремнекислоты (SiO2) делятся на кислые, средние, основные и ультраосновные. В табл. III.4 даны названия и характеристики главных представителей этих групп пород.
Таблица III.4
Магматические горные породы
| Тип магмы (лавы) | Содержание SiO2, % | Окраска | Интрузивные кристаллические | Типичные минералы | Эффузивные стекловатые |
| Кислая | > 65 | Светлая пестрая, светло-серая | Гранит | Кварц, полевой шпат, биотит | Липарит |
| Средняя | 65 - 52 | Серая | Диорит | Плагиоклаз, роговая обманка, биотит | Андезит |
| Основная | 52 - 45 | Темно-серая | Габбро | Плагиоклаз, пироксен | Базальт |
| Ультраосновная | < 45 | Почти черная, зеленовато-черная | Перидотит | Оливин, пироксен | Пикрит |
Интрузивные магматические горные породы формируются при застывании магмы на глубине. Процесс этот идет достаточно медленно, и времени оказывается достаточно для роста кристаллов, поэтому интрузивные породы имеют кристаллическое строение. Эффузивные магматические породы образуются при быстром остывании вырвавшейся на земную поверхность магмы (лавы), и кристаллы не успевают сформироваться, поэтому породы имеют стекловатое (т.е. некристаллическое) строение. Особую группу магматических образований представляют собой жильные породы, с которыми связаны месторождения железа, меди, цинка, олова, золота, серебра, драгоценных камней и многих других полезных ископаемых. Таким образом, интрузивные породы отличают от эффузивных по их внутреннему строению, а кислые, средние, основные и ультраосновные - по окраске, которая отражает содержание в породе SiO2, а для интрузивных пород - их минеральный состав.
Метаморфические горные породы. Метаморфические горные породы образуются в результате сложных преобразований в составе и строении горных пород в связи с воздействием на них высоких температур и давлений. С каждым типом метаморфизма (региональным, дислокационным, контактном и ударном) связаны определенные породы. С региональным, типичным для обширных платформенных территорий, связан наиболее обширный спектр пород. Ближе к поверхности (но на достаточной глубине!) образуются породы так называемой зеленокаменной фации, содержащие много зеленого минерала хлорита. Наиболее типичны для этой зоны сланцы - породы со сланцеватым строением и серпентиниты. Глубже, т.е. при более высоких температурах и давлении, формируются более плотные кристаллические сланцы, гнейсы, амфиболиты и, как результат частичного переплавления амфиболитов, - мигматиты[1]. На больших глубинах, близ границы раздела с мантией, возникают гранулиты[2] и эклогиты[3] - своеобразные плотные кристаллические породы с набором метаморфических минералов.
Динамометаморфизм (дислокационный) сопровождается образованием материала разрушения материнской породы, в котором присутствуют метаморфические новообразования (хлорит, тальк, слюда). Эти рыхлые породы называются милонитами. Уплотняясь, милониты приобретают сланцеватое строение. В этой уже крепкой породе все минеральные зерна и их агрегаты расплюснуты. Такие породы называют бластомилонитами.
При контактовом типе метаморфизма преобразованию подвергаются породы, контактирующие с внедрившейся интрузией. Если вмещающей породой являются известняки, а из магмы выделяется большое количество горячих минерализованных газов и паров воды, в зоне контакта образуется разнокристаллическая своеобразная порода, называемая скарном. Скарны - породы, являющиеся настоящей природной кладовой промышленных скоплений железа, вольфрама, олова, цинка и многих драгоценных камней. При простом обжиге пород в контактной зоне образуются роговики.
Падение на Землю метеоритов вызывает процесс ударного метаморфизма. Разумеется, степень метаморфизма в таких зонах (астроблемах) максимальна в точке удара и конусовидно сокращается с глубиной. Породы, возникшие в результате ударного типа метаморфизма, объединены общим названием - импактиты. С ними связаны месторождения алмазов и гранатов.
Таким образом, метаморфические горные породы очень и очень разнообразны. Различать их может помочь знание особенностей строения и набора типично метаморфических минералов.
Осадочные горные породы. Осадочные горные породы формируются на поверхности Земли или чуть глубже из продуктов выветривания, жизнедеятельности организмов, посредством химической садки солей из перенасыщенных растворов. Особую группу пород составляют горючие полезные ископаемые. Осадочные породы покрывают около 75% поверхности континентов, и подавляющая их часть образовалась из осадков морских водоемов. По генетическому признаку их делят на четыре классификационные группы: обломочные; глинистые; химические и органогенные; каустобиолиты.
Обломочные породы сложены преимущественно продуктами физического выветривания и подразделяются по величине слагающих их обломков на: грубообломочные (валуны, щебень, галька, гравий - рыхлые, конгломераты и брекчии - сцементированные); среднеобломочные (пески и песчаники); мелкообломочные (алевриты и алевролиты). Нижний предел размера частиц, слагающих обломочные материалы, - 0,01 мм.
Глинистые породы состоят преимущественно из продуктов химического выветривания и сложены частицами размером 0,01-0,001 мм и мельче. Кроме того, глинистые породы сложены глинистыми минералами, имеющими специфические свойства. Глинистые породы составляют около 50% массы всех осадочных пород. Окаменелая глина называется аргиллитом.
В четвертичных отложениях, особенно ледникового происхождения, присутствуют песчано-глинистые (больше глины, чем песка) и глинисто-песчанистые (больше песка, чем глины), которые при содержании меньшей составной части около 30% называются суглинками и супесями соответственно.