Минералы и горные породы

Так что же такое минерал?

Минералами называют однородные природные тела, представляющие собой химические соединения определенного состава, имеющие кристаллическую структуру и образовавшиеся в результате геологических процессов. Являются компонентами горных пород.

Горные породы — массы или агрегаты из одного или нескольких минеральных видов или органического вещества, сформировавшиеся в результате природных процессов.

Это материалы, слагающие земную кору. Бывают твердые, рыхлые, мягкие и консолидированные породы.

Существуют и некоторые другие понятия, связанные с приведенными выше. Минеральной разновидностью называют группу минералов, имеющих небольшие различия в химическом составе и физических свойствах. Под минеральным индивидом понимают минеральное тело, обособленное поверхностью раздела.

Области применения минералов

Минералы применяются в различных сферах человеческой деятельности. Область применения зависит от состава и других характеристик. Многие экземпляры используют в чистом виде, из некоторых выделяют другие химические элементы.

Сферы применения минералов:

• Ювелирное дело. Ювелиры подразделяют ископаемые на поделочные, ювелирно-поделочные, ювелирные, драгоценные и полудрагоценные. Из камней делают различные украшения и сувениры. Ими украшают предметы быта. Для получения необходимых экземпляров минералы подвергают огранке. На фото представлены ограненные камни.
• Строительство. Породы могут быть самостоятельным строительным и облицовочным материалом или служить для их производства.
• Изготовление абразивных и антиабразивных материалов.
• Радиоэлектронная промышленность. Особую популярность в этой сфере имеют кварцевые породы.
• Производство посуды и керамических изделий.
• Медицинская промышленность. Например, тальк применяют при изготовлении перчаток.
• Производство оптики.
• Химическая и металлургическая промышленность. В этих сферах чаще всего используют вещества, полученные при переработке природных минералов.

Что мы знаем о горных породах

В начальной школе вы уже знакомились с горными породами и минералами. Галька и песок на берегу реки, уголь, мел, которым вы пишете на классной доске, — всё это горные породы. Они состоят из минералов. Минералы — природные образования, относительно однородные по составу и свойствам. Например, если внимательно всмотреться в гранит, вы увидите, что он состоит из трёх разных минералов: кварца, полевого шпата и слюды.

Горные породы — это вещества, которые слагают земную кору. Они состоят из одного или нескольких минералов.

Есть такие породы, которые состоят в основном из одного минерала (например, кварцит — из кварца). А есть и такие минералы, которые могут входить в состав горных пород и встречаться отдельно. Именно таков кварц.

Горные породы различаются своими свойствами. Например, они могут быть сыпучими (песок), твёрдыми (гранит), вязкими (озокерит), пластичными (глина).

Горные породы различаются и по своему происхождению. Учёные выделяют три группы горных пород по этому признаку: магматические, осадочные и метаморфические (рис. 45).

ГОРНЫЕ ПОРОДЫ И МИНЕРАЛЫ СЛАГАЮТ ЗЕМНУЮ КОРУ И РАЗЛИЧАЮТСЯ ПО СОСТАВУ, СВОЙСТВАМ И ПРОИСХОЖДЕНИЮ.

Примеры новообразований посредством химии

В результате химического выветривания из твёрдых пород магматического происхождения (гранитов, базальтов, гнейсов) получаются податливые глины. К числу продуктов окисления, гидролиза, миграции разрушенных частиц вещества относятся также карбонаты, фосфориты, цеолиты, гидроксиды железа, марганца. Некоторые примеры превращений твёрдых камней в рыхлые отложения сведены в таблицу преобразований при химическом выветривании.

Исходный минерал	Воздействие реагентов	Продукт хим. реакции
Пирит — железный, серный колчедан. Твёрдость 6−6,5 по шкале Мооса, цвет — светло-латунный.	Окисление кислородом	Лимонит — бурый железняк. Минерал охряно-жёлтого оттенка до чёрного, тв. 1,5−5,5. Способен впитывать воду.
Гематит — красная железная руда. Окрашенность до тёмно-вишнёвого тона, тв. — 5,5−6,5.	Гидратация	Лимонит. Описание выше.
Ангидрит — сульфат кальция. Цвет от синеватого до белого, по Моосу — 3−3,5: ногтем не царапается.	То же	Гипс — может быть серым, красноватым, розовым, синим, желтоватым, бесцветным. Твёрдость — 1,5−2.
Полевые шпаты — силикатные минералы, основа половины горных пород земной коры. Кристаллы бесцветные, розовые или любой окраски, тв. 6 единиц.	Гидролиз	Каолин, каолинит — белая глина, может впитывать воду. Высокая огнеупорность. Ценное полезное ископаемое. Применяется во многих отраслях народного хозяйства.

Химическое выветривание в известняках, доломитах, кальцитах происходит быстрее, чем в кварцевых песчаниках, а повышение температуры ускоряет процесс разрушения. Благодаря химическому типу выветривания, в недрах находится много месторождений полезных ископаемых. Часть из них разрабатывается, другие пребывают в государственном резерве, третьи пока ещё не разведаны.

Использование минералов и горных пород человеком

Полезные ископаемые дают возможность человечеству развивается в разных сферах промышленности.

Например, такая осадочная порода как глина, широко используется как в строительстве, так и в косметологии и гончарном искусстве.

Торф и уголь используют для отопления.

Нефть – это вообще золотая жила. В нынешнее время она очень ценна. Из нее делают не только топливо, но и пластмассу, полиэтилен, пластик. Она широко применяется в медицине и косметологии. Не зря ее называют черным золотом, ведь она бесценна, так как ее применяют практически везде и всюду.

Отдельно можно отметить металлы: серебро и золото. Эти драгоценности добывают тяжким трудом. Но интересно, что золото в распылённом виде находится в растениях, например, в такой культуре как кукуруза. Так что, если употреблять в пищу много кукурузы, можно стать «золотым человеком».

Природа таит в себе много интересного и таинственного, но у человека не всегда есть желание, время и силы, чтобы постичь ее новые грани.

Факторы рельефообразования

Рельеф формируется в результате взаимодействия внутренних (эндогенных) и внешних (экзогенных) сил. Эндогенные и экзогенные процессы рельефообразования действуют постоянно. При этом эндогенные процессы в основном создают главные черты рельефа, а экзогенные пытаются выровнять рельеф.

Основными источниками энергии при рельефообразовании являются:

1. Внутренняя энергия Земли;
2. Энергия Солнца;
3. Сила тяжести;
4. Влияние космоса.

Источником энергии эндогенных процессов является тепловая энергия Земли, связанная с процессами, происходящими в мантии (радиоактивный распад). За счет эндогенных сил произошло выделение земной коры из мантии с образованием двух ее типов: континентальной и океанической.

Эндогенные силы вызывают: движения литосферы, образование складок и разломов, землетрясения и вулканизм. Все эти движения отражаются в рельефе и приводят к образованию гор и прогибов земной коры.

Разломы земной коры различают по: размерам, форме и по времени образования. Глубокие разломы образуют крупные блоки земной коры, которые испытывают вертикальные и горизонтальные смещения. Такие разломы часто определяют очертания материков.

Крупные блоки земной коры прорезаны сетью мелких разломов. Нередко к ним приурочены речные долины (например, долина р. Дон). Вертикальные движения таких блоков всегда отражены в рельефе. Особенно хорошо видны формы, созданные современными (неотектоническими) движениями. Так, в нашем Центрально-Черноземном регионе площадь Среднерусской возвышенности (Белгородская, Воронежская, Курская области) поднимается со скоростью 4-6 мм/год. Одновременно Окско-Донская низменность (Тамбовская, Липецкая и северо-восток Воронежской областей) ежегодно опускается на . Древние движения земной коры обычно отражены в характере залегания пород.

Экзогенные процессы связаны с поступлением на землю солнечной энергии. Но протекают они при участии силы тяжести. При этом происходит:

1. Выветривание горных пород;
2. Перемещение материала под действием силы тяжести (обвалы, оползни, осыпи на склонах);
3. Перенос материала водой и ветром.

Выветриванием называется совокупность процессов механического разрушения и химического изменения горных пород.

Общее воздействие всех процессов разрушения и переноса горных пород называется денудацией. Денудация ведет к выравниванию поверхности литосферы. Если бы на Земле не было эндогенных процессов, то она давно имела бы совершенно ровную поверхность. Эту поверхность называют главным уровнем денудации.

В действительности существует множество временных уровней денудации, на которых на некоторое время могут затухать процессы выравнивания.

Проявление процессов денудации зависит: от состава горных пород, геологического строения и климата. Например, форма оврагов в песках – корытообразная, а в меловых породах – V-образная. Однако, наибольшее значение для развития процессов денудации имеет высота местности над уровнем моря, или расстояние до базиса эрозии.

Таким образом, рельеф поверхности литосферы является результатом противодействия эндогенных и экзогенных процессов. Первые создают неровности рельефа, а вторые их выравнивают. При рельефообразовании могут преобладать эндогенные или экзогенные силы. В первом случае высота рельефа увеличивается. Это восходящее развитие рельефа. Во втором случае разрушаются положительные формы рельефа и заполняются углубления. Происходит снижение высот поверхности и выполаживание склонов. Это нисходящее развитие рельефа.

Эндогенные и экзогенные силы в течение длительного геологического времени уравновешиваются. Однако в короткие промежутки времени преобладает одна из этих сил. Смена восходящих и нисходящих движений рельефа приводит к цикличности процессов. То есть вначале образуются положительные формы рельефа, затем происходит выветривание пород, перемещение материала под действием силы тяжести и водой, что приводит к выравниванию рельефа.

Такое непрерывное перемещение и изменение вещества – важнейшая черта географической оболочки.

Литература.

Смольянинов В. М.  Общее землеведение: литосфера, биосфера, географическая оболочка. Учебно-методическое пособие / В.М. Смольянинов, А. Я. Немыкин. – Воронеж : Истоки, 2010 – 193 c.

Происхождение минералов

Генезис это процесс минералообразования. Такие процессы подразделяют на три группы, в зависимости от источника энергии.

Магматогенные (гипогенные) процессы

Формирование происходит путем застывания и кристаллизации магмы. Данный раствор-расплав, состоящий преимущественно из силикатов (соединений кремния) и содержащий все химические элементы, либо преодолевает сопротивление вышележащих пород и изливается на поверхность, либо остается в недрах и остывает и кристаллизуется там. В соответствии с этим продукты классифицируют на эффузивные и интрузивные соответственно.

Так как любая магма имеет преимущественно кремнистый состав, там происходит формирование силикатов (кремнистых минералов). Многие из них — породообразующие минералы, которые формируют граниты, сиениты, диориты и прочие кристаллические породы.

В значительной степени они представлены полевыми шпатами, гранитами, слюдами, роговыми обманками, оливином и др. В процессе их образования происходит переход Si, Al, Ca, Fe, Mg, Ti, K, Na, H2, O2 из магмы в остаточный расплав.

При внедрении в земную кору температура магмы составляет около 1200°С. К концу кристаллизации она снижается до 500 — 600°С, и при данной температуре в трещины пород внедряется остаточный расплав, формируя пегматитовые жилы.

Часть летучих веществ попадает по трещинам в закристаллизовавшиеся породы. Они воздействуют на слагающие минералы и преобразуют их. Так в гранитах формируются грейзены, вольфрамовые, молибденовые, оловянные и редкометалльные руды.

При дальнейшем снижении температуры выделяются гидротермальные растворы. Из них формируются месторождения золота, цинка, меди, серебра, урана, свинца, сурьмы, ртути, олова, мышьяка.

Метаморфические процессы (эндогенные)

Подразумевают изменения минералов в недрах под воздействием давления и температуры. Эти явления происходят в связи со сменой геологической обстановки и изначального залегания пород.

Выделяют региональный и контактовый метаморфизм. Процессы первого типа затрагивают значительные площади и происходят на значительных глубинах. При этом формируются сланцы, гнейсы.

Контактовый метаморфизм состоит в воздействии магмы (особенно гранитной) при внедрении в толщи мергеля и известняков. В результате они переходят в мраморы и скарны. С ними иногда связаны месторождения железа, вольфрама, молибдена, олова, кобальта.

Экзогенные процессы

Данные явления обусловлены связанными с энергией Солнца внешними факторами. Они происходят при обычном давлении и невысокой температуре у земной поверхности. Состоят в том, что обнажившиеся и залегающие на малых глубинах породы и минералы подвергаются выветриванию (разрушению) под механическим и химическим воздействием воды, солнца, ветра, организмов и др.

Часть разрушенных пород и минералов уносится, часть остается на месте, формируя россыпи золота, платины, циркона, алмаза, гранатов, олова, магнетита, производных вольфрама и др

Многие породообразующие минералы разрушаются и растворяются. Их соли разносятся водами, а в засушливых районах они осаждаются, образуя месторождения гипса, натриевой и калиевой солей, мирабилита.

То есть экзогенное минералообразование происходит в результате взаимного действия факторов атмосферы, биосферы, гидросферы на минералы на поверхности Земли. Новые минералы, сформировавшиеся таким путем из исходных, называют гипергенными.

К тому же существует биохимический подтип экзогенного минералообразования. Он состоит в преобразовании остатков организмов и их жизнедеятельности. В результате образуются горючие ископаемые, мел, известняки, самородная сера, некоторые бурые железняки, фосфориты. Очень распространены полевые шпаты, плагиоклазы, роговые обманки и т. д.

География

§ 12. Разнообразие горных пород

Вспомните

Чем отличаются друг от друга горные породы? Почему они такие разные?

Магматические горные породы. Магматические горные породы образуются при застывании магмы.

Магма (от греч. «магма»— густая мазь) — это расплавленное вещество мантии, насыщенное газами и парами воды.

Магма образуется на глубине от 10 до 200 км от поверхности Земли. Она имеет очень высокую температуру — более 1500°С. Образовавшаяся магма поднимается в вышележащие слои горных пород. Она может остановиться на глубине нескольких километров (рис. 35). Из медленно остывающей на глубине магмы постепенно образуются глубинные магматические породы. Самая распространенная из них — гранит (рис. 36, а).

Рис. 35. Остановившаяся и застывающая на глубине магма

Часть магмы не застывает на глубине, а поднимается к поверхности Земли. В этом случае из нее резко выделяются растворенные газы и пары воды. Так магма превращается в лаву.

Лава — это магма, потерявшая газы.

Излившись на поверхность суши или дно океанов, лава очень быстро застывает. Из нее образуются излившиеся (вулканические) магматические горные породы, например базальты (рис. 36, б).

Рис. 36. Магматические горные породы: а — гранит; б — базальт

Гранит состоит из крупных кристаллов минералов. Больше всего в нем полевых шпатов и кварца. Гранит может иметь разный цвет: серый, белый, желтоватый, розовый, зеленоватый в зависимости от цвета полевых шпатов. Базальты имеют темно-серый или черный цвет и высокую плотность. Они тяжелее гранита, так как в них больше железа.

Осадочные горные породы. Осадочные горные породы образуются путем осаждения и накопления минералов на поверхности земной коры. Благодаря этому они часто имеют слоистое строение. Многие осадочные породы возникают при участии живых организмов. Поэтому в осадочных породах часто встречаются остатки и отпечатки растений и животных (рис. 37). Происхождение осадочных пород может быть различным.

Рис. 37. Отпечаток животного в горной породе

По отпечаткам узнают об особенностях строения древних вымерших организмов.

В результате разрушения и выветривания горных пород образуются обломочные и глинистые породы. Обломочные состоят из обломков пород и минералов. Крупные, метровые обломки образуют глыбы и валуны, сантиметровые — щебень, гальку, гравий, миллиметровые частицы — песок. Обломки разного размера могут соединяться, «склеиваться» между собой. Породы в этом случае становятся монолитными и твердыми. Так из песка образуется песчаник (рис. 38).

Рис. 38. Песчаник

Чем песок и песчаник отличаются друг от друга?

Глинистые породы содержат очень мелкие частицы, которые в сухом состоянии образуют пыль. Однако, если глинистые породы намочить водой, частицы крепко сцепляются друг с другом и превращаются во влажную пластичную массу. Из некоторых глин можно лепить разнообразные изделия, которые обжигают, чтобы придать им твердость.

Породы химического происхождения образуются при выпадении частиц веществ из водных растворов. Среди химических пород наиболее распространены разнообразные соли и гипс.

Гнейс по составу минералов похож на гранит, но для него характерно чередование разноцветных прослоек из разных минералов (полевых шпатов, кварца, слюд). Некоторые гнейсы имеют возраст 4 млрд лет. Более древних пород на нашей планете не обнаружено.

Проанализируйте схему и расскажите, как из одних пород получаются породы другого происхождения.

Рис. 39. Породы органического происхождения: а — известняк; б — уголь

Породы органического происхождения образуются из остатков живых организмов, накопившихся на дне морей, озер, болот. Так, из скелетов и панцирей животных образуются известняк и мел, из растительных остатков — торф, уголь (рис. 39). Из остатков живых организмов образуются также нефть и природный газ.

Рис. 40. Метаморфические горные породы: а — мрамор; б — гнейс

Метаморфические горные породы. Греческое слово «метаморфоза» означает «превращение». Метаморфические горные породы образуются в глубинах земной коры. Там под влиянием сильного нагревания и сжатия одни горные породы превращаются в другие. Гранит преобразовывается в гнейс, известняк — в мрамор. Самая распространенная метаморфическая порода — гнейс (рис. 40).

Рис. 41. Схема преобразования горных пород

Горные породы разного происхождения тесно связаны между собой. Они постоянно превращаются друг в друга (рис. 41).

Вопросы и задания

1. Как различаются горные породы по происхождению?
2. Как образуются магматические горные породы? Какие из них называются глубинными, а какие — излившимися?
3. Назовите распространенные осадочные породы. Какие из них и как используются человеком?

Минералы

Традиционно под минералами понимают твердые вещества, но этот подход ошибочен. Нефть, и ртуть могут считаться жидкими минералами, а природный газ и метан – газообразными. Для того, чтобы вещество считалось минералом, достаточно лишь, чтобы его можно было найти в земной коре в природных условиях. Понятно, что один и тот же минерал может находиться в разных агрегатных состояниях, но одно из них считается «основным». Так, лед признается твердым минералов, а вода в минералогии считается расплавом льда.

Твердые минералы могут быть разделены на кристаллические и аморфные вещества. Первые имеют кристаллическую структуру, к этой категории относятся алмазы, кварц. Аморфные вещества (например, смолы), кристаллической структуры не имеют.

Каждый минерал имеет свой состав, то есть химическую формулу. Однако бывает так, что два различных минерала имеют одинаковую формулу. Классический пример – это алмаз и графит. Оба этих минерала являются формами углерода. Различия в их свойствах объясняются их разными кристаллическими структурами.

Одним из важнейших свойств минералов является их твердость, она оценивается по шкале Мооса. Однако в технических науках часто предпочитают определять твердость минералов, используя методы Бринелля, Виккерса и Шора. Самым твердым минералом является алмаз, самым мягким – тальк. Также можно определять такие свойства минералов, как хрупкость, плотность, блеск, цвет, спайность, магнитность и т. п.

По распространенности в земной коре выделяют редкие минералы, акцессорные минералы (их доля в горных породах обычно чуть ниже 5%) и породообразующие минералы, служащие основой горных пород.

Оказывается, что для описания химического состава 98% минералов, находящихся в земной коре, достаточно лишь 8 элементов. Наиболее распространен кислород, который образует оксиды других элементов и составляет 47% в массе земных минералов. Второй по распространенности элемент – кремний (26%). Чуть реже встречаются следующие элементы:

• алюминий;
• железо;
• магний;
• кальций;
• натрий;
• калий.

Рельеф: процессы

ЛИТОСФЕРА. ГЛУБИННОЕ СТРОЕНИЕ ЗЕМЛИ

Методы изучения внутреннего строения Земли:

1. Метод глубокого и сверхглубокого бурения 1765 г. – глубина 180 м в России 1869 г. – 446 м

Кольская сверхглубокая скважина

1870 г. – 1300 м 1984 г. — 12066 м

США 1974 г. – 9583 м

Метод глубинного сейсмического зондирования – основан на наблюдении за колебательными движениями, вызванными землетрясением.

Так как Земля неоднородна, то путь колебаний волн и их скорость не всегда одинаковы.

На основании результатов исследований ученый Мохоровичич предложил 3 слоя Земли: земная кора, мантия, ядро.

Ядро

t ядра достигает 10000°С. » состоит из сплавов железа и никеля. Внешнее ядро Земли (радиус 2200 км) и находится в жидком (расплавленном) состоянии. Внутреннее ядро подвержено колоссальному давлению.

Вещества, слагающие его, находятся в твердом состоянии.

Мантия окружает ядро и составляет 83% от объема планеты. Нижняя ее граница располагается на глубине 2900 км. Состоит из Mg, FeO, SiO2. Имеет два слоя. 1 – верхний слой (верхняя мантия) – в основном твердые вещества, т.к. несмотря на высокую температуру, обладает большим давлением. 2 – внутренний слой (нижняя мантия).

Внешний слой мантии на глубине 100-200 км (астеносфера) представляет собой полужидкую массу(магма— это расплавленное вещество земных недр — смесь химических соединений и элементов, в том числе газов).

По ней, как по маслу, медленно перемещается участки коры. Верхняя мантия является зоной ядерных реакций, которые дают большое количество энергии, разогревающей землю изнутри. На границе мантии и земной коры возникают условия образования полезных ископаемых.

Земная кора —внешняя оболочка литосферы. От мантии земную кору отделяет граница Мохоровичича, характеризующаяся резким нарастанием скоростей сейсмических волн.

Поскольку процессы, происходящие в самой верхней части мантии, влияют на движения вещества в земной коре, их объединяют под общим названием литосфера(каменная оболочка). Мощность литосферы колеблется от 50 до 200 км.

По сравнению с мантией и ядром земная кора — очень тонкий, жесткий и хрупкий слой, в составе которого обнаружено около 90 химических элементов.

98 % массы земной коры приходится на кислород, алюминий, железо, кальций, натрий, калий и магний.

Строение земной коры

Состоит из 3 слоев.

Толщина коры под океанами 5-10 км. Состоит из 2 слоев.

РЕЛЬЕФ. ПРОЦЕССЫ РЕЛЬЕФООБРАЗОВАНИЯ В ЛИТОСФЕРЕ

Под рельефом понимают совокупность неровностей земной поверхности (совокупность элементов внешнего вида литосферы).

В течение миллиарда лет существования Земли образовались понижения и повышения.

Понижения + вода à Мировой океан (Тихий, Атлантический, Индийский, Северный Ледовитый)

Повышения образовали материки (6) à Евразия, Африка, Австралия, Антарктида, Северная Америка, Южная Америка.

В северном полушарии – 39% суши, в южном полушарии – 19% суши

Сходные черты материков:

— высота ~1000 м;

— средняя часть занята понижением;

— горы расположены по окраинам материков;

— наиболее высокие горы около 30-40˚ северной и южной широт.