Класс самородных материалов

В земной коре в свободном состоянии найдено около 50 самородных химических элементов. Общая их масса составляет менее 0,1% массы земной коры.

Алмаз (C) имеет магматическое происхождение и залегает в виде отдельных кристаллов – кимберлитах. При разрушении кимберлитов образуются россыпные его месторождения. Алмазы широко применяют в метало- и камнеобрабатывающей промышленности, в ювелирном деле и при бурении скважин.

Сера (S) имеет пневматолитовый генезис и образуется при разложении гипса и отчасти других сернокислых соединений в присутствии органических веществ. Сера может быть как первичным, так и вторичным минералом, поскольку основная ее масса имеет осадочное происхождение. Применяют ее в бумажной, резиновой, химической и электротехнической промышленности, медицине и сельском хозяйстве.

Золото (Au) встречается в форме зерен, пластинок и чешуек. Этот минерал отличается от других минералов хорошей ковкостью. Благодаря химической стойкости и большей плотности золото скапливается в россыпях. Его используют для изготовления ювелирных изделий, в приборостроении.

Основы учения о горных породах

В земной коре минералы чаще всего встречаются в виде комплексных полиминеральных соединений, образующих, как правило, самостоятельные геологические тела более или менее постоянного состава и строения. Это так называемые полимине­ральные горные породы. Реже встречаются мономинеральные горные породы, состоящие из скоплений зерен одного какого-ли­бо минерала.

Таким образом, горными породами называют скопления одного или нескольких минералов, занимающие зна­чительные участки земной коры и характеризующиеся более или менее постоянным химическим и минеральным составом и строе­нием.

По происхождению все горные породы подразделяют на три большие группы:

- магматические;

- осадочные;

- метаморфические.

 

1. Магматические горные породы. По условиям образования среди магматических горных по­род различают:

- интрузивные, или глубинные – горные породы, обра­зовавшиеся в результате медленного и спокойного остывания маг­мы в глубоких недрах земной коры;

- эффузивные, или излившиеся – горные породы, обра­зовавшиеся в резуль­тате остывания вылившейся на поверхность Земли магмы вусловиях низкого давления и быстрой отдачи тепла и газовых компонентов в атмосферу.

Поэтому для большинства интрузив­ных горных пород характерно полнокристаллическое строение, адля большинства эффузивных — аморфное.

В состав магматических горных пород входят почти все известные химические элементы, но их роль далеко не одинакова. Главнейшими из них являются петрогенные элементы: О, Si, Al, Fe, Ca, Mg, К, Na, Ti, H.

Важный критерий для характеристики магмати­ческих горных пород – содержание в них кремнекислоты. В пере­счете на окись SiO₂ содержание ее в этих породах колеблется в пределах 25...85%.

В зависимости от количества кремнекислоты магматические породы подразделяют на следующие пять основ­ных групп:

♦ ультракислые – SiO₂ более 75%;

♦ кислые – SiO₂ 65...75%;

♦ средние – SiO₂ 52...65%;

♦ основные – SiO₂ 40...52%;

♦ ультраосновные – SiO₂ менее 40%.

Классификация магматических горных пород по содержанию SiO₂ имеет большое практическое значение. Например, установ­лено, что по мере уменьшения содержания SiO₂ в глубинных породах окраска их изменяется от светлой до темной, понижает­ся температура плавления и увеличивается вязкость.

(Предыдущая лекция) Среди минералов, слагающих породы, различают главные, составляющие основную ее массу, и второстепенные, содержа­ние которых в породе незначительно. К главным породообра­зующим минералам относят полевые шпаты, кварц, слюды, оли­вин, фельдшпатиды, к второстепенным — апатит, флюорит, рудные минералы.

По окраске среди породообразующих минералов условно различают цветные (оливин) и светлые (полевые шпаты, кварц). В направлении от кислых к ультраосновным породам уменьшается содержание светлых и увеличивается ко­личество цветных минералов.

Для точного наименования породы необходимо изучить не только ее минеральный состав, но и структуру и текстуру.

Под структурой понимают строение мине­рального агрегата, то есть степень его кристалличности, форму и размеры минеральных зерен, слагающих данную породу.

Под текстурой понимают сложение породы, то есть взаимное расположение слагающих ее минералов в пространстве.

По степени кристалличности различают структуры:

- зерни­стые – полнокристаллические (типичны для интрузивных гор­ных пород);

- полукристаллические зернистые;

- стекловатые (харак­терны для эффузивных горных пород).

Основные типы текстуры магматических горных пород:

- массивная(характерна для интрузивных пород);

- пористая (присуща только излившимся породам и обусловлена выделением газов из застывающей ла­вы).

Ультракислые породы. Эти породы встречаются в природе сравнительно редко. К ультракислым породам относят пегмати­ты и аляскиты.

Пегматиты состоят из крупных зерен кварца, полевого шпата и незначительного количества цветных минералов. Для них ха­рактерно взаимное прорастание полевого шпата кварцем с обра­зованием так называемой графической, или пегматитовой, струк­туры (рис.). В процессе их выветривания возникают каолинитовые глины. С пегматитами связаны месторождения слюды, топаза, вольфрама и некоторых других металлов. Пегма­титы используют в керамической промышленности, а также как кислотоупорный материал.

Кислые породы. Для них характерно присутствие кварца, значительного количества ортоклаза, а также незначительного количества цветных минералов (роговая обманка и слюда). Среди кислых наиболее распростра­нены интрузивные породы (например, граниты), реже встреча­ются их эффузивные аналоги (например, обсидиан, кварцевые порфиры).

Граниты – это полнокристаллические породы, в состав кото­рых входят: кварц (20...40%); полевые шпаты (40...60%); цветные минералы (до 10%); апатит; пирит; магнетит и др. В зависимости от содержания цветных минералов граниты подразделяют на биотитовые, мусковитовые, роговообманковые и др. Структура гранитов – кристаллически зерни­стая, текстура – массивная, окраска весьма разнообразная – светло-серая, красная, реже зеленоватая. В процессе их выветривания образуются различные обломочные глинистые частицы, являю­щиеся хорошим материалом для почвенного скелета. Граниты приме­няют как строительный материал.

Обсидиан, или вулканическое стекло, – порода, обладающая стекловатой структу­рой. Она представляет собой аморфную массу и обычно имеет красновато-коричневую, темно-серую или черную окраску. Обсидиан часто образуется одновременно с пем­зой при вулканических извержениях магмы, богатой га­зами.

Кварцевые порфиры явля­ются полуглубинными аналогами гранитов и имеют бурую, крас­ную, желтую или зеленоватую окраску. Основной минерал, вхо­дящий в ее состав, – кварц. При вы­ветривании кварцевые порфиры распадаются на мелкие обломки и превращаются в глинистую массу.

 

Средние породы. В состав их входят: средние плагиоклазы (олигоклаз), цветные минералы (преимущественно ро­говая обманка) и кварц (обычно мало). Представителями дан­ной группы пород являются диориты, а их излившимися аналога­ми – андезиты и порфириты.

Диориты состоят главным образом из светлых плагиоклазов, роговой обманки, реже авгита, биотита, кварца. Присутствуют в этих породах также пирит, апатит, магнетит и другие минера­лы. Цветных минералов в них содержится 25...30%. Окраска диоритов – от светло-серой до темно-серой, структура – мелко- и среднезернистая, текстура – массивная.

Порфириты по своему минеральному составу идентичны дио­ритам. В процессе выветривания часть первичных минералов (плагиоклазы, авгит, роговая обманка), входящих в их состав, переходит во вторичные (хлорит и др.). Образующиеся вторичные минералы окрашивают порфи­риты в темно-серый или темно-зеленый цвет. Применяют как стеновой, дорожный и поделочный камень.

 

Основные породы. Вих составе преобладают цветные мине­ралы (до 50%), полевые шпаты представлены основными пла­гиоклазами, кварц отсутствует. Большое количество входящих в эти породы темноцветных мине­ралов придает им темную окраску. К основным относят разно­образные горные породы: габбро, базальты, диабазы и др.

Габбро – это полнокристаллические горные породы темно-серой, черной, часто зеленой окраски. В состав их входят основ­ной плагиоклаз (лабрадор), авгит, роговая обманка, оливин, биотит, а также такие второстепенные минералы, как ортоклаз, магнетит и т.п. Габбро – ценный строительный материал. Лабрадориты используют в ка­честве декоративного и облицовочного материала. Они имеют красивую окраску и хорошо полирующиеся поверхности.

Базальты – это эффузивные аналоги габбро, представляющие собой плотные тяжелые горные породы. Цвет их – темно-серый или черный. В состав базальтов входят: основные плагиоклазы, авгит, оливин, в неко­торых случаях роговая обманка, биотит и магнетит. Их применяют в строительном (как дорожный и строи­тельный камень) и каменно-литейном деле.

 

Ультраосновные породы. Это темноокрашенные в основном глубинного происхождения породы. Они состоят из оливина и пироксена — силикатов, богатых окислами железа и магния и почти не содержащих глинозем и щелочи. Цвет их изменяется от темно-зеленого до черного. К ультраосновным породам относят пироксениты, перидотиты, дуниты. Эффузивные аналоги этих пород — пикриты, кимберлиты — встречаются крайне редко.

Пироксениты – полнокристаллические породы черного цвета с мелко- или крупнозернистой структурой, состоящие в основном из пироксена (авгита), иногда с примесью оливина.

С ультраосновными породами глубинного происхождения ге­нетически связаны месторождения хрома, платины, меди, кобаль­та, никеля, асбеста, талька и др.

 

2. Осадочные горные породы. Осадочные горные породы залегают на поверхности земли, занимая до 75% ее площади. Мощность их толщ колеблется в широких пределах: от нескольких сотен метров до многих кило­метров.

Эти породы образуются в процессе накопления, преобра­зования и переноса продуктов разрушения ранее существовав­ших горных пород, остатков организмов и продуктов их жизне­деятельности на дне водных бассейнов или на поверхности суши.

Отличительная особенность многих осадочных пород – слои­стое и нередко пористое строение, характеризующее условия их образования.

Химиче­ский состав осадочных горных пород близок к составу магмати­ческих. Однако в осадочных породах в отличие от магматических:

- содержится большее количество окисного железа, а не закисного;

- преобладает калий над натрием;

- повышено содержание во­ды, углекислоты и углерода.

По минеральному составу магматические и осадочные породы существенно различаются. Многие минералы магматического происхождения оказываются в условиях земной поверхности неустойчивыми и переходят в другие, устойчивые для зоны вы­ветривания минералы, например оливин – в змеевик, полевые шпаты – в глинистые минералы. Такие минералы, как гипс, фосфориты, имеют типично осадочное происхож­дение. В состав осадочных пород входят обломки различных по­род, образующиеся в результате физического разрушения пер­вичных минералов – кварца, полевых шпатов и др.

По условиям образования все осадочные породы подразде­ляют на три группы:

- обломочные;

- химические;

- органогенные.

Однако такое деление пород не предусматривает резкой границы между ними. Напротив, существуют разновид­ности осадочных пород смешанного происхождения. Например, глинистые породы являются переходными от механических осад­ков к химическим.

В особую группу выделяют пирокластические породы – меха­нически переработанные рыхлые продукты вулканических из­вержений (пепел, вулканический песок и т. д.), поскольку они имеют признаки как осадочного, так и магматического проис­хождения.

Обломочные породы. Среди обломочных пород различают:

- рыхлые;

- сцементированные.

Главная особен­ность рыхлых обломочных пород — их раздельно-зернистость. Они обычно состоят из зерен, не связанных между собой либо имеющих крайне слабую связь.

Сцементированные обломочные породы возникают в резуль­тате уплотнения и цементации рыхлого обломочного материала циркулирующими в порах горных пород минерализованными ра­створами.

Деление обломочных пород по крупности зерен приведено в таблице.

 

Породы	Размер зерен, мм	Окатанные формы	Неокатанные формы
Грубообломочные (псефиты)	сцементированные: - конгломераты – это плотные породы, образующиеся при цементации окатанных обломков; - брекчии – это плотные породы, образующиеся при цементации различных остроуголь­ных обломков.	>200 200...40 40...2	Валуны Галька Гравий	Глыбы Щебень
Песчаные (псаммиты)	- пески (рыхлые): • кварцевые сложе­ны в основном зернами кварца; • полимиктовые кроме кварца, могут содержать зерна роговой обманки, по­левых шпатов, слюды, мелкие обломки известняков, сланцев и других горных пород. - песчаники(сцементированные): в зависимости от состава цементирующего веще­ства подразделяют на железистые, известковистые, кремнистые, глинистые и др.	2...0,05	Песчаные частицы
Пылеватые (алевриты)	- лёсс – однородная порода, состоящая главным образом из зерен кварца и извести с при­месью глинистых частиц и незначительного количества органи­ческого вещества; - лёссовидные суглинки – менее однородными по размеру слагающих их частиц; - супеси – осадочные породы, в составе ко­торых содержится 10...20% глинистых и до 20...25% песчаных частиц.	0,05... 0,005	Пылеватые частицы
Глинистые (пелиты)	- глины образуются в результате химического выветривания магматических пород алюмосиликатного состава и в результате механического разрушения других пород.	<0,005	Глинистые частицы

К таблице…

Грубообломочные породы (псефиты) сложены из обломков различных горных пород: валунов, глыб, гальки, щебня и др. Степень окатанности и сортированности обломков может быть различной и зависит от характера транспортирующей среды (горные потоки, реки, морской при­бой и т. д.). В состав обломков могут входить продукты выветривания магматических, метамор­фических и осадочных пород. Среди сцементированных грубообломочных пород различают конгломераты и брекчии. - Наиболее мощные отложения конгломератов приурочены к участкам периодических поднятий и опусканий земной коры, вызывающих передвижение береговой линии. - По распространенности брекчии значительно уступа­ют конгломератам. Происхождение их может быть осадочным, вулканическим и тектоническим.

Песчаные породы (псаммиты) в основной массе сложе­ны из зерен размером от 0,05 до 2 мм. Псаммиты могут быть рыхлыми (пески) и сце­ментированными (песчаники). Пески в зависимости от состава минеральных зерен подраз­деляют на кварцевые и полимиктовые. В состав всех песков, кроме минераль­ных обломков, входит небольшое количество глинистых и других частиц, придающих им ту или иную окраску. Пески по проис­хождению могут быть речными, озерными, морскими, ледниковы­ми, эоловыми и др. Песчаники в зависимости от состава цементирующего веще­ства подразделяют на железистые, известковистые, кремнистые, глинистые и др. Пески и песчаники весьма широко распространены на земной поверхности. К местам их залегания нередко бывают приуроче­ны богатые рассыпные месторождения золота, платины, магнетита, алмаза.

Пылеватые породы (алевриты) представляют собой мелкообломочные рыхлые отложения, в составе которых преоб­ладают частицы размером от 0,05 до 0,005 мм. К этим породам относят лёсс, лёссовидные суглинки, супеси. Лёсс – высокопористая порода, в воде быстро размокает, превращаясь в липкую грязь. Для лёссовой толщи характерна просадочность, что выражается в ее способности при увлажнении самоуплотняться под действием собственного веса. Лёссовые почвы благодаря присутствию карбонатных солей отличаются высоким плодородием. Лёссовидные суглинки и супеси широко распространены на территории нашей страны и являются важнейшими почвообразующими породами.

Глинистые породы (пелиты) сложены из твердых ча­стиц размером менее 0,005 мм. Окраска глин разнообразна (бурая, белая, зеленая) и зависит от минерального состава глинистой массы и красящих примесей (окислы железа, органическое вещество). В сухом со­стоянии они представляют собой твердые и плотные породы, а в соединении с водой превращаются в пластичную, жирную на ощупь массу, увеличиваются в объеме и дают нередко усадку. Глины являются материнскими породами самых разнообраз­ных почв.

Химические породы. Образовались в результате выпадения солей из водных растворов или же в результате различных хи­мических реакций, происходящих в земной коре.

Деление химических пород можно представить следующим образом:

 

Породы	Характеристика
карбонатные	- известняки образуются в результате осаждения карбонатного материала из водных растворов; - доло­миты: доломит [Ca, Mg (CO3)2] (90...95%) и каль­цит CaCO3 (5...10%); - породы промежуточного состава – мергели содержат материал органогенного, химического и обломочного происхождения.
галоидные	выпадают из растворов вследствие изменения ус­ловий среды, в результате взаимодействия и испарения растворов различного состава (каменная соль – галит, гипс)
суль­фатные
кремнистые	представляют собой отложения аморфного кремнезема из горячих источников (кремнистые туфы, гейзериты)
железистые	возникают в результате вы­ветривания основных магматических и метаморфических горных пород, содержащих иногда до 2…3% железа, переноса и отложе­ния продуктов выветривания в озерах и морях, жизнедеятельности бактерий (лимонит)
фосфоритовые	образуются как химическим, так и биогенным путем в морях и на континен­тах, обогащены кальциевыми солями фосфорной кислоты
аллитовые	образуются в процессе химическо­го выветривания и состоят главным образом из гидроокислов алюминия и железа

 

К таблице…

Из насыщенных водных раство­ров обычно первыми выпадают сульфаты кальция, затем камен­ная соль и в последнюю очередь — магниевые и калийные соли. Растворяются же они в обратной последовательности: первы­ми — калийные соли.