Горные породы, алгоритмы их определения (стр. 3 из 5)
Алгоритмы определения аморфных пород.
Визуально, по внешнему виду обосновать отнесение образцов горных пород к аморфным часто затруднено, а порой и невозможно. Необходимо изучение их под микроскопом. Исключение составляет вулканическое стекло, потому что стекло – это твердое аморфное вещество.
Аморфные породы состоят из аморфного вещества. Учитывая, что горные породы - это твердые вещества (ими сложена твердая, каменная оболочка земного шара – литосфера, как газами - атмосфера, водой - гидросфера), аморфные породы должны быть сложены твердыми аморфными веществами. К аморфным веществам относятся все газы, жидкости, а из твердых - стекла, смолы, гели и минерал опал. Из этого следует, что аморфные породы, как твердые вещества, могут слагаться стеклами и опалом.
Опал в аморфных, т.е. полностью или большей частью состоящих из опала, породах бывает в виде микроскопических панцирей диатомовых водорослей или в виде мельчайших шариков - глобулей. В обоих случаях панцири и глобули не могут плотно прилегать друг к другу, поэтому гладкая на ощупь порода из них микропористая (прилипает к языку; аргиллит хотя и гладкий на ощупь, плотный, к языку не прилипает, потому что глинистые частички имеют листоватую форму и плотно прилегают друг к другу). Цвет породы белый, как и опала, хотя часто пропитка гидроокислами железа придает ей желтоватый оттенок.
Учитывая, что стекло - это переохлажденная жидкость (быстроохлажденная жидкость, которая поэтому не смогла освободиться от излишней энергии - выделить тепло, и перейти в кристаллическое состояние с меньшим расстоянием между слагающими ее атомами), то стекловатые породы возникли из высоконагретой жидкости - лавы. Лава, с позиции физической химии, представляет собой высокоминерализованный нагретый водно-силикатный раствор, насыщенный газами. Расплавом лаву называть нельзя, ибо расплав - это индивидуальное, т.е. химически чистое, стехиометрическое вещество в жидком состоянии, кристаллизующееся при температуре перехода в жидкое состояние. Нагретая до жидкого состояния каменная соль (NaCI) при условии, что количество катионов натрия полностью соответствует количеству анионов хлора, - это расплав. Но стоит в него попасть незначительное количество воды, как расплав хлористого натрия перейдет в раствор хлорида натрия в воде. Чистое железо в жидком состоянии - расплав. При добавлении в него углерода становится жидким раствором углерода в железе, называемым жидким чугуном или жидкой сталью, в зависимости от содержания углерода. При охлаждении и кристаллизации они переходят в твердые растворы углерода в железе - чугун или сталь. В природе чистых веществ нет.
Если в лаве растворено мало газов, и она быстро остынет без образования кристаллов, в этом случае получается плотное вулканическое стекло.
Если в лаве растворено много газов и при остывании они не успевают ее покинуть, образуя пустоты различного размера, то возникает пористая или ноздреватая стекловатая порода (пористой текстуры до пемзовидной или шлаковидной).
Обычно еще при подъеме на поверхность в разогретом водно-силикатном растворе начинается частичная кристаллизация. При быстром охлаждении на поверхности литосферы такой лавы стекловатая масса породы будет содержать то или иное количество кристаллов разных размеров.
Поэтому по внешнему виду аморфные породы часто пористые: от микропористых до ноздреватых. Они (если не состоят из опала) или полностью стекловатые, или в их основной стекловатой массе находятся отдельные кристаллы. Стекловатые породы с отдельными (иногда многочисленными и крупными) кристаллами называются порфировыми (порфировой структуры).
Последовательность рассуждения при взятии в руки образца ноздреватой неполностью кристаллической породы может быть следующей (при прямом доказательстве). Порода ноздреватая, значит, ранее содержала в большом количестве пузырьки газов. Они были растворены в веществе породы, следовательно, вещество было в жидком нагретом (расплавленном) состоянии, а это аморфное состояние. Если бы оно медленно остывало, то закристаллизовалось бы, перешло в кристаллическое состояние. Но кристаллов нет или не все из кристаллов. Расплавленное вещество быстро остывало и приобрело стекловатую структуру, сохранив аморфное строение. Отсюда в руке образец аморфной стекловатой породы.
Дальнейшее разделение стекловатых пород в настоящее время ведется по их химическому составу, по содержанию в них кремнезема - SiO2. Если содержание его 70% и более, то порода называется кислой (в ней много оксида кремния - аниона силикатов - солей кремнистых кислот), т.е. составной части кислоты. Поэтому и кислая порода, а не от рН менее 7 (концентрации ионов водорода, о которой в твердых веществах говорить бессмысленно). При содержании SiO2 в породе порядка 60% она определяется средней, а при 50% - основной (в ней мало кремнезема, но много оксидов железа, магния и кальция - составных частей оснований). Исходя из химического состава, по такому же принципу разделяются и кристаллические полиминеральные породы хаотичной текстуры: кислая (SiO2 70% и выше) - гранит; средняя (60%) - диорит; основная (50%) - габбро; ультраосновная (40% и менее) - перидотит.
Определить химический состав, в том числе и количество оксида кремния, можно в химической лаборатории. Но это долго и дорого. Проще и быстрее (не для точных петрохимических исследований) определять химический состав стекловатых пород по цвету. Чем больше в них оксида кремния, тем они белее (минерал состава SiO2 - кварц белого цвета), и чем меньше, тем чернее (термин “темнее” - употреблять нельзя, потому что он характеризует оттенок, а не цвет). Цвет кислой стекловатой породы белый или светло-серый цвет, средней - серый, а основной - темно-серый или черный. Исключение: состав плотного вулканического стекла любого цвета: белого, черного, коричневого всегда кислый.
Сообщаю правило, по которому алгоритмический процесс определения аморфной породы признается закончившимся. Белую гладкую на ощупь легкую микропористую породу, прилипающую к языку, называют диатомитом, если под микроскопом в ней различимы остатки панцирей диатомовых водорослей, или опокой, когда панцирей нет (сильнопористая разновидность опоки - трепел).
Стекловатую или порфировую (в стекловатой массе находятся кристаллы) плотную или пористую породу белого или светло-серого цвета называют липаритом, серого - андезитом, темно-серого или черного - базальтом. Плотная, а потому тяжелая, скрытокристаллическая или мелкокристаллическая порода черного цвета, внешне похожая на базальт, но не стекловатая и не пористая - долерит.
В самых общих чертах составление алгоритмов определения наиболее распространенных в литосфере горных пород закончили. Необходимо отметить, что в природе каких-либо границ, разделяющих породы по тому или иному признаку, нет. Границы условно выделяются людьми. Очень редко, например, встречается просто песок. Обычно он содержит в том или ином количестве глину и алеврит. Выделяют глинистый песок, песчанисто-глинистый алеврит. Широко в природе распространены андезито-базальты (с содержанием оксида кремния 55%), гранодиориты (с содержанием SiO2 65%) и многие другие. Кристаллические сланцы с глубиной постепенно переходят в гнейсы, те, через гранито-гнейсы, в граниты. Если в сцементированной породе 50% глинистого материала и 50% тонкокристаллического карбонатного (СаСО3), то порода носит название мергель. Если глинистого материала меньше - это глинистый известняк, если больше - известковистый аргиллит.
Далее, например, песчаник по минеральному составу бывает кварцевым (из обломков кварца), олигомиктовым (из обломков кварца и полевого шпата) и т.д. Цемент обломков в песчанике по составу может быть глинистым, карбонатным и др.
Определение названия горных пород не является самоцелью в геологии. Это подготовительное (пропедевтическое) звено для понимания геологических процессов, модели функционирования литосферы.
Первая классификация горных пород была разработана в середине XVIII в. Дж. Ардуино, разделившим горные породы (отложения) на первичные, вторичные и третичные по их происхождению. В книге И. Лемана “Опыт восстановления истории флёцовых гор”, опубликованной в 1756 г., в которой изложены результаты его геологических исследований Центральной Германии, дано обоснование этому делению. В соответствии со Священным писанием И. Леман считал, что в истории Земли было лишь два существенных события общего значения: сотворение мира и всемирный потоп. С этими двумя событиями им и связывалось образование известных к тому времени толщ горных пород.
Наиболее древними принимались граниты, слагавшие осевые части горных хребтов. На склонах хребтов было замечено, что граниты перекрываются гнейсами, а те в свою очередь кристаллическими сланцами. Остатков скелетов животных и отпечатков растений в этих породах не наблюдалось. Ближе к подножию гор на кристаллических сланцах лежат слои песчаников, известняков, аргиллитов, часто в большом количестве содержащих остатки скелетов животных и отпечатки (до стволов) растений. Песчаники сложены обломками гранитов, гнейсов и кристаллических сланцев. На равнине распространены глины, пески, гальки, щебень. Крупные обломки - галька, щебень представлены гранитом, гнейсом, песчаником, т.е. образовались за счет разрушения нижележащих пород.