Лессы. Чисто обломочные тонкозернистые эоловые осадки известны под названием лессы. Они очень широко развиты в Китае, Северной Америке и на севере Европы. Лессы резко отличаются от большинства илов и глин, отложенных в водной среде, по составу они сложены обломками породообразующих минералов, а глинистые минералы присутствуют только в подчиненных количествах или их вообще нет. Частицы в лессах имеют резко угловатые формы и, вероятно, представляют собой продукт механического дробления пород в месте их залегания под воздействием льда или прерывистых почвообразующих процессов. Большей частью эти образования в обширных плейстоценовых отложениях северного полушария очень сходны с тонкозернистыми ледниковыми осадками и, по-видимому, представляют собой зандровые отложения ледников и ледниковых покровов. С другой стороны, можно думать, что самые тонкие обломки образовались при ветровой абразии в пустынях Центральной Азии и западной Америки, выдувались из пустынных районов и накапливались в районах, покрытых растительностью, особенно травянистой, в степях или прериях, с образованием лессоподобных отложений. Лессы Китая и Европы представляют собой тонкозернистые известковистые алевриты или глины без слоистости, однородные по структуре. Это довольно мягкие, крошащиеся в руках породы. Однако они очень устойчивы к размыву и часто образуют вертикальные стенки высотой в десятки метров. Это свойство лесса усиливается из-за многочисленных вертикально расположенных тонких каналов, выполненных карбонатом кальция; предполагается, что эти каналы оставлены корешками растений.
Глинистые минералы – индикаторы условий осадконакопления
Некоторые глинистые минералы (иллит и хлорит непригодны для этой цели) могут служить индикаторами осадконакопления. Присутствие монтмориллонита может свидетельствовать о переотложении гидротермальных продуктов, о выветривании в бассейне вулканических стекол. Монтмориллонит может являться остаточным продуктом при эволюции почв; поступать из кальциевых и гидроморфных почв. При осадконакоплении монтмориллонит возникает в щелочной среде. Глауконит характеризует морскую обстановку, а палыгорскиты – обстановку химического осадконакопления, независимо от солености бассейна.
В целом роль глинистых минералов при восстановлении условий осадкообразования сводится к следующему.
1.Обломочные глинистые минералы, принесенные в бассейн извне, не являются индикаторами условий осадконакопления.
2.Эти минералы позволяют оценить интенсивность эрозии и характер выветривания на прилегающем континенте. Иллит и хлорит свидетельствуют о преимущественном развитии процессов физического выветривания, хлорит чрезвычайно чуствителен к воздействию выветривания. Иллит, смешаннослойные образования и вермикулит говорят о развитии умеренного химического выветривания. Монтмориллонит почвенного происхождения свидетельствует о наличии плохо дренируемых почв, в которых господствовали щелочные условия. Каолинит почвенного происхождения указывает на интенсивное химическое выветривание.
3. Новообразованные глинистые минералы (глауконит, палыгорскиты, шамозиты и иногда тальк) свидетельствуют о химическом осадконакоплении.
4.Более того, новообразованные глинистые минералы позволяют восстановить господствовавшие на континенте климатические условия. Лучший пример тому – палыгорскит, возникающий при интенсивном гидролизе минералов на континенте.
5.Трансформированные глинистые минералы позволяют реконструировать условия, господствовавшие на континенте (деградированные минералы), и условия седиментации (аградированные минералы).
В целом данные по глинистым минералам следует с большой осторожностью использовать при выяснении условий осадконакопления. Но если глинистые минералы имеют обломочное происхождение, они столь же мало говорят об условиях седиментации, как и обломочный кварц.
Метаморфизм глинистых пород
Глины являются основным типом силикатных пород, возникающим в поверхностных условиях. Если при выветривании происходит разрушение и преобразование силикатных пород, то при метаморфизме развивается их регенерация.
Постседиментационная эволюция каолинита и монтмориллонита.
На стадии эпигенеза, до начала метаморфизма, каолинит преобразуется в иллит и серицит. Об этом свидетельствует широкая серицитизация каолинитов под влиянием минерализованных растворов и отсутствие каолинита в сланцах, стоящих на пороге метаморфизма.
При процессах регионального метаморфизма в условиях высоких температур глины переходят в плотные глинистые сланцы (аргиллиты и филлиты). Выше 3000 каолинит полностью разрушается, превращаясь при наличии щелочей в серицит, слюды, полевые шпаты, а отсутствие их – в силикаты алюминия: андалузит, силлиманит, дистен и другие минералы, слагающие кристаллические сланцы.
Эволюция богатых каолинитом и бедных калием осадочных пород должна привести к возникновению пирофиллита.
В еще большей степени на стадии эпигенеза изменяется монтмориллонит. Он также исчезает до начала метаморфизма. Хотя эволюция монтмориллонита и не была еще прослежена шаг за шагом, однако имеются основания полагать, что глиноземистые монтмориллониты под влиянием минерализованных растворов преобразуются в иллит и серицит. Под влиянием магнезиальных растворов монтмориллонит может замещаться хлоритом. Хлорит может развиваться и по триоктаэдрическому монтмориллониту.
Таким образом, каолинит и монтмориллонит преобразуются на стадии эпигенеза, задолго до начала метаморфизма.
Иллит и хлорит. Эти минералы систематически возникают на стадии эпигенеза. В сланцах (серицитовых, хлоритовых, блестящих, зеленых и т.д.) основными породообразующими минералами являются серицит и хлорит. Наблюдается значительная эволюция от глинистых сланцев, сложенных чешуйками глинистых минералов размером в микроны или десятки микронов, к метаморфическим сланцам эпизоны со слюдистыми чешуйками размером в миллиметры или десятки миллиметров.
Иллиты и хлориты осадочных отложений характеризуются многочисленными изоморфными замещениями и по сравнению с крупнокристаллическими слоистыми силикатами, возникшими при метаморфизме, содержат весьма обильные чуждые примеси. По мере возрастания давления и температуры и развития метаморфических процессов структура глинистых минералов, стремясь достигнуть минимума внутренней энергии, становится все более совершенной. Железо и частично магний удаляются из иллита и входят в решетку хлоритов.И обратно, из решетки хлорита удаляются чуждые ионы, в частности алюминий, которые поступают в растущие слюдистые минералы. Перераспределение элементов сопровождается ростом кристаллов слоистых силикатов. Именно обильные замещения обусловливают небольшой размер частиц слоистых силикатов, а по мере того как в процессе метаморфизма происходит «очищение» структуры размеры кристаллов растут.
Небходимо помнить, что при эволюции глин в глинистые сланцы не наблюдается прямого перехода слоистых силикатов глин в крупночешуйчатые слоистые силикаты сланцев. Здесь имеют место сортировка, перемещение, обмен элементами между слоистыми силикатами и возникают более совершенные, а потому более крупные кристаллы. В конечном итоге формируется сланец, сложенный глиноземистым, кремнеземистым и магнезиальным серицитом и хлоритом. Содержание различных минералов определяется первичным составом глины.
Слюды слюдистых сланцев По мере возрастания степени метаморфизма сланцы низких ступеней метаморфизма постепенно переходят в двуслюдяные сланцы, состоящие из мусковита и биотита. Эволюция серицита развивается путем удаления чуждых ионов, в частности ионов магния, и путем упорядочения решетки, теряющей воду и обогащающейся калием. Одновременно происходит преобразование хлорита в биотит. При этом магний покидает межслоевые прокладки хлорита и наряду с железом занимает октаэдрические позиции, а калий обеспечивает межслоевые связи. Перераспределение элементов в ассоциации белая – темная слюда, устойчивой в зоне слюдистых сланцев, происходит в ином порядке, чем при выветривании. Нужно отметить, что когда в эпизону попадает значительное количество натрия, он выделяется из решетки слоистых силикатов и возникает альбит – минерал, достаточно характерный для многих слюдистых сланцев. Этот минерал формируется значительно чаще, чем парагонит.
На стадии метаморфизма натрий и кальций обычно входят в решетку известково-натриевых полевых шпатов. В серии филлитов рано или поздно возникают калиевые полевые шпаты. Они развиваются прежде всего по мусковиту и при этом алюминий переходит в четверную координацию. В отличие от богатого глиноземом мусковита, биотит не может замещаться полевыми шпатами, поскольку в их решетке нет места магнию и железу. Таким образом, судьба биотита и мусковита в мезозоне существенно различна. Поэтому силикатные породы мезозоны в отличие от сланцев и слюдистых сланцев включают не только слоистые силикаты, но и обильные полевые шпаты, а единственным свидетелем былого состава породы является биотит В катазоне биотит, в свою очередь, замещается полевыми шпатами и дает начало ортоклазам и лишенным глинозема магнезиально – железистым минералам, например ромбическим пироксенам.
На высоких ступенях метаморфизма, например в гранулитовых фациях, господствовавшие в гидросфере слоистые силикаты полностью исчезают. Алюминий входит в решетку полевых шпатов, а магний и частично железо – в решетку пироксенов. Титан и железо, постепенно переходившие на стадиях эпигенеза и начального метаморфизма в силикатную форму, вновь высвобождаются в идее ильменита, характерного для гранулитовых фаций.
Месторождения
Большое количество месторождений каолина распространено на территории Украины, в зонах выветривания выходов массивно– кристаллических пород Южно-Русского щита. Главнейшими из них являются: Глуховецкое, Турбовское и Райковское(Винницкая область), Просянское (Днепропетровская область) и др. На Урале большое количество первичных и вторичных месторождений, преимущественно огнеупорных каолинов распространено в Свердловской и Челябинской областях. В Крыму, в районах от Карасубазара до Севастополя установлены глины серовато-зеленого цвета, состоящие из коллоидального монтмориллонита, которые хорошо адсорбируют едкие щелочи и полностью поглощают углекислые щелочи из слабых водных растворов и поэтому широко применяются в мыловаренной промышленности.