Горные породы и минералы

Разнообразные горные породы, образующие земную кору, литосферу представляют собой разные сочетания химических элементов. В настоящее время насчитывается 116 химических элементов, из которых состоит Земля. Различные химические элементы далеко не одинаково представлены в составе земной коры. Наиболее распространённые в земной коре кислород (О₂) — 49%, кремний (Si) — 25%, алюминий (AL) – 8%. Три этих элемента составляют ≈ 82% земной коры. Если к ним добавить ещё девять: железо (Fe), кальций (Ca),натрий (Na), калий (K), магний (Mg), водород (H), титан (Ti), углерод (С), хлор( СL), то эти 12 химических элементов составят ≈ 99% от массы земной коры. Соединения химических элементов чаще всего и образуют минералы и горные породы. Немногие химические элементы встречаются в самородном, чистом, виде. К ним относятся золото (Au), платина (Pt), серебро(Ag), медь (Cu), сера (S), углерод (C) (в виде графита и алмаза).

Как самородные химические элементы, так и их природные химические соединения, образовавшиеся в земной коре, носят названия минералов. Из минералов состоят горные породы.

Изучением минералов занимается наука минералогия, а изучением горных пород – петрография.

Минералы возникают в результате природных физико-химических процессов, происходящих в земной коре. Минералы чаще всего имеют твёрдое состояние, хотя могут быть и жидкими (нефть, ртуть, вода и др.) и газообразными (углекислый газ, сероводород и др.).

Все минералы подразделяются на: кристаллические и некристаллические, или аморфные. Различие между ними определяется внутренним строением.

В аморфных минералах молекулы расположены беспорядочно, хаотично, как в жидкости. Все жидкие минералы являются аморфными. Твёрдый аморфный минерал – это внезапно застывшая жидкость как, например, стекло.

В аморфных минералах физические свойства являются одинаковыми во всех направлениях. Твёрдыми аморфными минералами являются опал, обсидиан (или вулканическое стекло) и др.

Большинство минералов имеет кристаллическое строение. Размеры кристаллов весьма различны: от микроскопических до 1-2м. Форма кристаллов чрезвычайно разнообразна. Каждому минералу присуща своя кристаллическая форма .

Физические свойства минералов. К физическим свойствам минералов относят: цвет, цвет черты, прозрачность, блеск, твёрдость, структура, спайность, излом, плавкость, удельный вес, формы минеральных агрегатов.

Минералы имеют определённый химический состав. Классификация минералов по химическому составу:

1. Самородные (состоящие из какого-либо одного химического элемента, металла или неметалла).

2. Сульфиды (сернистые соединения).

3. Галоиды (галогенные соединения).

4. Карбонаты (соли угольной кислоты).

5. Сульфаты (соли серной кислоты).

6. Фосфаты (соли фосфорной кислоты).

7. Окислы (соединения кислорода).

8. Силикаты (соли кремниевой кислоты).

9. Органические соединения.

Химические формулы минералов

1. Самородные

Золото – Au, платина – Pt, графит – С, алмаз – С, сера – S.

Бриллиант – обработанный, отшлифованный алмаз, используемый в ювелирном деле.

Месторождения алмазов связаны с магматическими породами вулканического происхождения. Встречаются алмазы в так называемых кимберлитовых трубках (трубках взрыва) – представляющих собой жерла недоразвитых вулканов.

Алмаз, в отличие от графита, имеет более компактную структуру, а значит плотность вещества, поэтому и очень твёрдый; самая большая твёрдость- 10 по шкале Мооса. Графит мягче листа бумаги, так как оставляет на нём след; твёрдость – 1.

Сульфиды

Соединения металлов и неметаллов с серой. Сульфиды служат рудой для извлечения различных металлов.

Галенит – PbS — является рудой для получения свинца. Твёрдость 2,5-3.

Сфалерит – ZnS – руда для получения цинка. Твёрдость 3,5-4.

Халькопирит (медный колчедан)- CuFeS₂ — руда для получения меди. Твёрдость 3,5-4.

Пирит (серный, железный колчедан) — FeS₂ — сырьё для получения серной кислоты, кроме того из примесей извлекают золото, медь, серебро, кобальт, никель. Твёрдость 6-6,5.

Киноварь — HgS – единственная руда, из которой добывается ртуть. Твёрдость 2-2,5.

Галоиды

Галит – NaCl – поваренная соль состоит из этого минерала. Твёрдость 2,5.

Сильвин- KCl – калийная соль состоит из этого минерала. Твёрдость 2,5.

Флюорит, или плавиковый шпат — CaF₂. Твёрдость 4.

Карбонаты

К карбонатам относится до 80 минералов. Большинство минералов-карбонатов имеют светлую окраску. Блеск у карбонатов неметаллический, твёрдость средняя, удельный вес небольшой. Многие из них бурно реагируют с соляной кислотой, выделяя CO₂.

Кальцит, или известковый шпат – СаСО₃ — самый распространённый из карбонатов в природе. При наличии примесей бывает белым, жёлтым, красным, серым. Блеск стеклянный, спайность хорошая, твёрдость 3, удельный вес 2,7. Кальцит имеет оптическое свойство удваивать рассматриваемые через него изображения.

Исландский шпат – прозрачная разновидность кальцита.

Доломит — CaMg(СО₃)₂. Имеет небольшой стеклянный блеск, цвет- серый, жёлтый и даже чёрный. Оставляет белую черту. Твёрдость 3.5 – 4, удельный вес 2,8-2,9. В отличие от кальцита вскипает от HCl только в порошке.

Магнезит — MgCO₃. Свойства близки к кальциту. Вскипает лишь от горячей соляной кислоты.

Сидерит — FeCO₃- руда для получения железа; до 30 % железа в руде.

Малахит CuCO₃∙ Cu(OH)₂. Блеск стеклянный, цвет ярко-зелёный, изумрудный, черта бледно-зелёная, твёрдость 3,5-4.

Сульфаты

К сульфатам относится около 260 минералов. Обычно сульфаты отличаются светлой окраской, все сульфаты дают белую черту, имеют; имеют, обычно, малый удельный вес, небольшую твёрдость. В отличие от карбонатов сульфаты не вскипают от соляной кислоты. По происхождению это морские или озёрные химические осадки, реже продукты окисления сульфидов.

Гипс — CaSO₄ ∙ 2H₂O. Чаще имеет слоистое строение, цвет в природе — от белого до синего, черта белая, блеск стеклянный. Твёрдость 2. Спайность хорошая. Мелкозернистый гипс называется алебастром, игольчатый гипс называется селенитом (имеет лунный отлив).

Ангидрит, или безводный гипс — CaSO₄.

Мирабилит, или глауберова соль- Na₂SO₄ ∙ 10H₂O – сырьё для получения соды.

Барит — BaSО₄.

Фосфаты

Апатит — Ca₅(PO)∙ F, Ca₅(PO₄)∙ Cl — сырьё на фосфор и фосфорные удобрения. Цвет зелёный, голубовато-зелёный, белый. Спайность слабая, твёрдость 5. Блеск стеклянный в изломе – жирный.

Фосфорит – Ca₅F(PO₄)₃ — сырьё на фосфор и фосфорные удобрения. Блеск матовый. Цвет желтый, серый, бурый. Аморфен. При трении издаёт запах жжёной кости. Осадочный, химического происхождения в мелководных морях и заливах; химический осадок +донная биомасса. Встречается в виде землистых масс, желваков и конкреций.

Окислы

К окислам относится около 200 минералов. Отличаются большой твёрдостью, отсутствием спайности, постоянный и непостоянный цвет.

Самым распространённым из этой группы в земной коре является кварц, который входит в состав магматических (гранит, липарит и др.),

метаморфических (гнейс, кварцит, кварцевый песчаник, кристаллический сланец и др.) и осадочных (песок, глина, гравий, щебень и др).

Кварц — SiO₂. Цвет бывает разный: белый, дымчатый, розовый, фиолетовый, чёрный, может быть бесцветный. Твёрдость 7, удельный вес 2,5-2,8. Блеск стеклянный. Спайности не имеет, излом неровный. Черты не даёт. Встречается в виде кристаллов, друз, песка.

Кварц представлен многочисленными разновидностями.

Бесцветный кварц – горный хрусталь.

Дымчатый кварц – морион.

Фиолетовый кварц – аметист.

Скрытокристаллическая разновидность кварца – халцедон. Цвет светло-серый, буровато-жёлтый; блеск жирный.

Агат – разновидность халцедона с концентрическими плоскостями.

Сердолик – красноватый халцедон.

Яшма – плотная разновидность халцедона метаморфического происхождения, с примесью глинистых частиц; с разноцветной полосчатой окраской.

Кремень- SiО₂. Кремень – это халцедон, загрязнённый примесями. Твёрдость 7, удельный вес 2,6. Черты не даёт. Непрозрачен. Цвет серый, чёрный, жёлтый, красноватый. При ударе о сталь искрит и издаёт характерный запах чеснока.

Опал — SiO₂∙nH₂O.

Корунд- Al₂O₃. Очень твёрдый минерал, по твёрдости уступает только алмазу. Удельный вес 3,9-4. Блеск стеклянный. Цвет синеватый, серый. Черты не даёт. Образует кристаллы бочёнкообразной формы.

Красный прозрачный корунд- рубин.

Голубой и синий – сапфир.

Корунд образуется при остывании магмы. Корунд, рубин, сапфир – драгоценные камни. Порошок корунда применяется для шлифовки драгоценных камней, оптических стёкол.

Боксит — Al₂O₃∙ nH₂O – так называется минерал и алюминиевая руда –основное сырьё для получения металлического алюминия. Встречается в виде сплошных землистых масс. Цвет жёлтый, блеск матовый. Твёрдость 1-3.

Гематит, или красный железняк — Fe₂O₃ — руда для получения железа. Содержание железа высокое, до 60 %. Цвет красно-тёмно-серый, блеск металлический, черта вишнёво-красная, спайности нет. Твёрдость 5-6,5, удельный вес 5-5,3. Бывает магматического и метаморфического происхождения.

Магнетит, или магнитный железняк, – FeO ∙ Fe₂O₃ — важнейшая железная руда. Содержание железа в руде до 80%.

Цвет серо-чёрный, черта чёрная, блеск металлический. Твёрдость 5,5-6, удельный вес 5,2. Магматического происхождения. Отличается от других минералов хорошо выраженными магнитными свойствами.

Лимонит, или бурый железняк – 2Fe₂O₃∙ nH₂O — руда для получения железа. Содержание железа в руде 25-30 %. Часто встречается на заболоченных лугах и болотах. Цвет бурый, жёлтый, чёрный. Имеет землистый излом. Твёрдость 1-5,5, удельный вес 3,3-4.

Лимонит образуется в результате химического выветривания железосодержащих минералов: сидерита, пирита, халькопирита, гематита, магнетита, а также в результате отложений водных соединений железа на дне болот (болотная руда) и озёр (озёрная руда). Этот процесс идёт при участии железобактерий. Отложения бурого железняка наблюдаются и у выходов железистых источников. Лимонит, попадая в глубинные зоны земли, теряет воду и в условиях высокой температуры и давления переходит в гематит и магнетит.

Пиролюзит — MnO₂ — основная руда для получения марганца. Цвет железно-чёрный, полуметаллический блеск, твёрдость 5-6, спайность отсутствует.

Силикаты

Самая большая группа минералов, до 800, составляющих свыше75 % массы земной коры. Силикаты являются важнейшими породообразующими минералами, слагающими основную массу магматических и метаморфических пород. Большинство силикатов является неметаллическими полезными ископаемыми. Силикаты окрашены пёстро, удельный вес их обычно невелик, твёрдость высокая.

В химическом отношении силикаты представляют собой сложные соединения кремния, алюминия, железа, кальция, магния, натрия, калия, кислорода и водорода в виде солей кремниевой кислоты.

Оливин – (MgFe)₂SiO₄ -является важнейшим породообразующим минералом и составной частью глубинных недр земной коры. Магматического происхождения. Используется для изготовления огнеупорного кирпича. Цвет оливковый, блеск стеклянный, жирный. Имеет зернистую структуру. Твёрдость 6,5-7. Очень тугоплавкий.

Топаз — Al₂(F,OH)₂SiO₄. Цвет голубой, зеленоватый, вино-жёлтый, розовый, красный, иногда бесцветный. Всегда прозрачный. Твёрдость 8. Удельный вес 3,1-3,6. Черты не даёт. Происхождение магматическое. Встречается в россыпях. Применяется как драгоценный камень, в приборостроении, в порошке как шлифовальный материал.

Слюды

Имеют слоистое строение. Химический состав очень сложный и непостоянный. Спайность по одному направлению, весьма совершенная. Твёрдость 2-3, удельный вес 2,7-3,2. Слюда способна раскалываться на тончайшие листы, пластинки, чем отличается от всех других минералов.

К силикатам также относятся тальк — Mg₃(OH)₂Si₄O₁₀ , асбест (или горный лён) — Mg₆(OH)₈(Si₄ O₁₀), ортоклаз – K(AlSi₃O₈), альбит – Na(AlSi₃O₈), лунный камень (разновидность ортоклаза — разновидность полевого шпата), солнечный камень (самоцвет из группы полевых шпатов).

Органические соединения

Сюда относятся те минералы, в образовании которых принимали участие живые организмы.

Янтарь — C₁₀H₁₆O, озокерит (или горный воск), асфальт.

Горные породы

Горные породы — это вещества, слагающее земную кору. Состоят горные породы из минералов, которые твердо или рыхло соединяются. Нередко они состоят из сцементированных обломков различных пород (конгломераты, брекчии).

Горные породы состоят из одного (мрамор, кварц, апатит, известняк, гипс, каменная соль, калийная соль, нефть и др.) или нескольких минералов (гранит, базальт, гнейс и др.). Подавляющее число пород являются полиминеральными.

В горной породе может быть главный, породообразующий минерал. Кроме главных породообразующих минералов в горных породах присутствуют и так называемые второстепенные минералы. Горных пород меньше, чем минералов. Это объясняется тем, что горные породы образуются в строго определённых физико-химических условиях, связанных с определёнными стадиями геологических процессов, причём в таких условиях оказывается только ограниченное число минералов.

Горные породы различаются не только по минералогическому (минеральному) составу, но и по своей структуре и текстуре. Структурой называют строение данного природного агрегата (степень кристаллизации, форма и размеры минеральных зёрен, различимых простым глазом или под микроскопом), а текстурой (или сложением) – внешний облик горных пород, обусловленный общим характером расположения в них составных частей – минералов. Структура и текстура горных пород определяется физико-химическими условиями её образования.

Классификация горных пород по происхождению, или способу их образования:

Магматические породы

Слово «магма» — греческое и означает «густая мазь». Это раскалённая огненная масса, вещество мантии. Магма находится под большим давлением и поэтому внедряется в земную кору и стремится вырваться на поверхность. На большой глубине магма представляет собой смесь сложных растворов окислов кремния, алюминия, магния, натрия, калия, железа, кальция. По мере того как магма по трещинам поднимается к земной поверхности и охлаждается, происходит сложное взаимодействие окислов – процесс дифференциации, или расщепления магмы.

По процентному содержанию двуокиси кремния (SiO₂) в магматических породах они делятся: на ультраосновные, основные, средние и кислые.

Ультраосновные породы содержат SiO₂ менее 40% , состоят главным образом из силикатов, богаты окислами железа и магния. Главным породообразующим минералом является оливин, поэтому цвет этих пород от тёмно-зелёного до чёрного. С ультраосновными породами связаны месторождения платины, золота, алмаза, кобальта, хрома и др.

Ультраосновные породы: перидотит, дунит, пироксенит, кимберлит и др.

Основные породы содержат 40-50% SiO₂. Чаще образованы такими минералами как пироксен, плагиоклаз, роговая обманка, реже – оливин, биотит. Всё это в основном тёмноцветные минералы, придающие породе тёмноцветную окраску.

Основные породы: базальт, габбро, диабаз и др.

Средние породы содержат 52-65% SiO₂ характеризуются светлой окраской, на общем фоне которой выделяются темноцветные вкрапления.

Средние породы: сиенит, андезит, порфирит, трахит и др.

Кислые породы содержат более 65% SiO₂. Как правило, имеют светлую окраску. Для кислых пород характерно присутствие кварца, полевого шпата, в большом количестве слюды и роговой обманки. Среди кислых наиболее распространены интрузивные и реже эффузивные.

Кислые породы: гранит, липарит и др.

Интрузивные породы могут иметь своих эффузивных аналогов и, наоборот, если возникли из одной и той же магмы и имеют одинаковый минералогический состав. Отличаться аналоги могут своей структурой, текстурой, формой залегания.

Формы (виды) интрузий (или формы залегания интрузивных пород).

Интрузия – внедрение магмы в земную кору и застывание в ней.

Батолит – это крупный массив глубинной интрузии.

Лакколит – «неудавшийся вулкан»; магма не достигла поверхности земли и застыла в виде куполообразного тела. Типичные лакколиты выглядят невысокими горами, например, г. Аюдаг в Крыму или г. Машук возле Пятигорска на Кавказе.

Дайка – это трещина в земной коре, как трубка, заполненная интрузивной породой.

Лаполит – интрузия блюдцеобразной формы.

Шток – ответвление батолита, имеющее сравнительно небольшие размеры и неправильную форму.

Осадочные породы. Алеврит — рыхлая мелкообломочная осадочная порода, по составу промежуточная между песками и глинами; состоит преимущественно из минеральных зёрен (кварц, полевой шпат, слюда и др.) размером 0,01-0,1 мм (по другим данным, 0,005-0,05 мм).

Алевролит – плотная, сцементированная мелкозернистая обломочная горная порода, чем-то напоминает песчаник, только чуть твёрже.

Есть группа осадочных горных пород смешанного происхождения, биохимического, поэтому они занимают промежуточное положение между хемогенными и органогенными. Сюда можно отнести мергель, апоку, трепел.

Сплавы цветных металлов:

Бронза – сплав меди и олова.

Латунь – сплав меди и цинка.

Мельхиор – сплав меди и никеля.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *