Главная страница Случайная страница
КАТЕГОРИИ:
АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника
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. |