Какие свойства горных пород и минералов

Горные породы окружают нас повсюду. Это и песок в песочнице, и стены дома, и декоративные изделия. Вообразить существование нашей цивилизации без них сложно.

Что такое горная порода

Горные породы – это массы из одного либо нескольких видов минеральных компонентов, органического вещества. Они сформированы природными процессами и слагают земную кору.

В широком смысле к горным породам причисляют также воду, жидкие углеводороды и газы.

Это предмет изучения нескольких наук: литологии, петрографии, петрофизики, геохимии, геодинамики.

Термин «горная порода» ввел в научный оборот в 1798 году русский химик и минералог Василий Севергин.

Разновидности

Наиболее популярна классификация минерального сырья по происхождению. Выделяют четыре класса горных пород.

Магматические

Формируются в результате остывания магмы. Состав и свойства зависят от температуры, давления, глубины извержения, минерального и химического состава расплава.

Магматические горные породы

Магматические горные породы подразделяются на интрузивные и эффузивные:

• Интрузивные. Формируются на глубине при замедленном остывании расплава.
• Эффузивные. Застывают при выходе магмы на поверхность.

Разновидность интрузивных – гипабиссальные породы. Они образуются на меньшей глубине. Отличить от интрузивных позволяет неравномерно-зернистая текстура.

Магматическое сырье классифицируется как первичное.

Представители группы: базальт, гранит (и его разновидность пегматит), лабрадорит, габбро.

Базальт

Осадочные

Осадочные горные породы формируются на поверхности или очень малой глубине при низкой температуре и давлении.

Осадочные породы

Это результат нескольких процессов:

1. Переформирование фрагментов более древних руд, в результате чего получаются обломочные породы.
2. Концентрация продуктов жизнедеятельности биологических организмов.
3. Осаждение из воды химических элементов и соединений.

Осадочный материал считается вторичным. Его отличает слоистость и залегание пластами.

Представители: торф, мел, кальцит, доломит, уголь, соль, гипс.

Применение гипса

Метаморфические

Метаморфические, то есть измененные, руды создаются, когда осадочные и магматические изменяются под воздействием окружающей среды.

Если температура заставляет породу плавиться, говорят об ультраметаморфизме. Такой процесс уравнивает метаморфические горные породы с магматическими.

Представители: мрамор, кварцит, гнейс, глинистый сланец.

Сланец в интерьере

Метасоматические

Метасоматические горные породы – итог взаимодействия с жидкостями. Вода, расплавы карбонатов, силикатов, других соединений проходят сквозь рудную толщу. Материнская руда остается твердой, но, насыщаясь, меняет химический состав.

Их легко отличить по зональности, создаваемой потоком. При этом каждая зона выглядит по-своему.

Представители: вторичные кварциты, березиты, гумбеиты, скарны, альбититы.

Скарн дальнегорский

90% объема земной коры – это магматические, метасоматические и метаморфические горные породы. Однако осадочные (10% объема) охватывают три четверти поверхности планеты.

Возраст

Ученые и геологи определяют возраст горных минералов по двум шкалам.

Относительный

Возраст горных пород определяется относительно друг друга: какая моложе, какая старше.

Это выясняют стратиграфическим или палеонтологическим методами:

• Стратиграфический метод предусматривает изучение взаимного расположения слоев. Но только если за миллионы лет движения из-за тектонических процессов не наблюдалось. То есть разрушения слоев не было, их последовательность сохранилась. В этом случае чем выше слой, тем моложе порода. В самых верхних слоях она самая молодая.
• Маркер палеонтологического метода – ископаемые органические остатки. Установлено, что слои-ровесники содержат остатки одних и тех же видов растений или животных.

Оба метода берут за основу расположение слоев породы в земной коре.

Абсолютный

Точный возраст залежей выясняют по состоянию радиоактивных элементов в составе.

Степень распада радиоактивных элементов известна точно, у него постоянная скорость, на которую не влияют внешние катаклизмы. Это позволяет установить возраст горной породы с точностью до сотен лет.

Обычно используются уран-235 или 238, торий-232, углерод-14.

Выбор изотопа зависит от предполагаемого возраста породы:

• Для материала моложе 50 тыс. лет (например, торфа) это изотоп углерода.
• Изотопы урана, свинца, тория, калия, самария годятся для пород старше 3,5 млрд. лет.
• Рубидий-стронциевый, уран-свинцовый материал применим к образцам возраста от ста млн. до пяти млрд. лет.

Для определения возраста рассчитывают отношение массы вновь образованного элемента к массе используемого радиоактивного изотопа.

Месторождения

Горные породы – основа земной коры, почти все их месторождения имеют промышленное значение.

Их классифицируют по нескольким признакам:

• Вид сырья. Рудные, нерудные, горючие (углеводороды, сланцы, угли, торф), гидроминеральные (вода).
• Геологическое строение. Простые, сложные, особо сложные. За основу взято состояние слоев, равномерность залегания.
• Глубина залегания. В зависимости от нее сырье добывают открытым (карьер) или закрытым (шахта) способом.

Объемы добычи измеряются миллионами тонн, цена почти всегда устанавливается также за тонну. Исключение – радиоактивные, декоративные материалы. Например, каррарский мрамор.

Свойства и характеристики

Каждая горная порода наделена характеристиками и свойствами, которые создают ее уникальное описание. Среди основных – структура и текстура.

Структура создается зернистостью (форма и габариты зерен), кристалличностью, соотношением компонентов:

• У магматических учитывается степень кристалличности.
• Для осадочного материала актуальна форма кристаллов.
• Метаморфические агломераты классифицируют по размеру зерен.
• Метасоматические образования наделены гранобластовой структурой.

Текстура – это взаимное расположение и распределение компонентов в объеме:

• У магматических бывает однородной либо неоднородной.
• У осадочных различают характер поверхности и межслоевой.
• Метаморфические горные образования представлены пятнистой, полосчатой, сланцевой, плойчатой, другими текстурами.
• У метасоматических горных пород она наследуется от исходных компонентов или создается в виде ритмичных слоев.

Текстура отражает слоистость, пористость, массивность, цвета, оттенки породы.

Сферы применения

В отличие от драгоценных минералов, горные породы имеют, в первую очередь, утилитарное, прикладное значение. Но могут приносить и эстетическое наслаждение.

Хозяйственный комплекс

Промышленность, другие отрасли используют горные породы всех видов:

• Из руд извлекают металлы, включая редкоземельные и ценные. Например, габбро – источник железа, титана, ванадия, никеля, меди, серы. Пироксениты насыщены железом и платиной.
• Гранитом, мрамором, базальтами, порфирами декорируют здания и интерьеры премиум-уровня. Из кирпича, бетона возводят частные дома, общественные здания.

  Мраморный дворец в Санкт-Петербурге

• Щебнем, бетоном, битумом выкладывают дороги, автотрассы, тротуары.
• Уголь, торф, радиоактивное сырье – источник энергии. Его забирают тепло-, гидро-, атомные станции. Углем топят печи в населенных пунктах, куда не добрался газ.
• Из песка, песчаников изготавливают стекло, силикатный кирпич. Их добавляют в бетон, смесь для покрытия автомобильного или железнодорожного полотна.
• Доломит используется при производстве изделий из резины, фарфора, фаянса.

  Кристалл доломита

• Известняк – исходник для получения химического ассортимента: соляной, уксусной кислоты, ацетилена, каустической соды, карбида кальция, цемента.
• Из глины получают черепицу, посуду, кирпичи, фарфоро-фаянсовые изделия. Специальной разновидностью очищают жиры, масла, соки. Ее ценят косметологи и врачи.
• Это полезная составляющая сельхозудобрений.

Без горных минералов не обходится пищевая, химическая отрасль, машино-, приборостроение.

Нашли применение даже алмазы. Рядовое сырье служит абразивом, элитный горный минерал превращается в бриллиант.

Его разновидность графит становится стержнями в карандашах и ядерных реакторах.

Применение графита

Другие сферы

Достоянием истории стала античная скульптура из мрамора, греческий Парфенон, средневековые храмы.

Современными мастерами-камнерезами востребованы гранит, мрамор, яшмы, эстетические разновидности другого сырья. Из них изготавливают статуи, канделябры, настольные приборы, резные каминные полки, другие подобные изделия. А также эзотерический ассортимент, раскупаемый адептами эзотерики, магами, целителями.

Столешницы из мрамора

Собиратели минералогических коллекций не упустят возможности приобрести даже рядовой экземпляр для полноты ассортимента.

Зачем нужно изучать свойства пород

Выявление свойств горных пород имеет практическое значение:

• Малая пористость делает агломерат прочнее, плотнее. Он меньше уязвим перед влагой, но хуже проводит тепло, ток. Аналогична ситуация с зернистостью.
• От упругости зависят акустические параметры.
• Магнитные, электрические характеристики влияют на электромагнитные свойства.

При разработке месторождения учитывают объемы залежей плюс характер сырья: твердость, плотность, цельность, степень выветривания. Исходя из этого, подбирают технику, определяют количество, состав бригады, время на выполнение работ.

Точные физико-технические характеристики породы помогают разработать оптимальную технологию их использования.

Для строителей имеет значение массивность, прочность, истираемость породы. У декораторов в приоритете красота и возможность обработки.

Горные породы – классификация и видыПоверхность Земли состоит из минералов, которые, в свою очередь, образуют различные горные породы. Они формируются при определенных условиях и, в зависимости от происхождения, обладают особенными, характерными свойствами.

Горные породы залегают в земной коре – поверхностной оболочке нашей планеты и представляют большой интерес для человека в качестве минерального сырья. В природе редко можно встретить минералы в чистом виде. Обычно их обнаруживают вместе в больших количествах и их совокупность образовывает определенную горную породу.

Те минералы, которых в породе больше всего (20— 50%), геологи называют породообразующими, остальные, которых обычно не более 2 — 3%, — акцессорными минералами (от лат. accessorius — добавочный).

Каждая горная порода характеризуется степенью кристалличности, величиной и формой минералов, расположением мельчайших частиц относительно друг друга. По происхождению различают горные породы магматические, осадочные и метаморфические.

Магматические горные породы

Классифицировать горные породы можно по различным признакам, которые влияют на их состав и свойства.

В зависимости от количества минералов в составе различают два вида горных пород:

• Простые (мономинеральные) – состоят только из одной разновидности минерала.
• Сложные (полиминеральные) – состоят из нескольких различных минералов.

К основным критериям классификации горных пород относят химический и минеральный состав. Последний определяется процентным содержанием минералов в горных породах.

Магматические горные породы образуются обычно на большой глубине, где преобладают высокие температуры и давление. Они кристаллизуются из очень горячих природных расплавов (из магмы) с характерным силикатным составом.

На долю полевых шпатов в них в среднем приходится около 60%, кварца — около 12%, пироксена — около 12%. Глубинным магматическим породам присуще равномерное распределение зерен минералов. Магматические породы делят на две большие подгруппы: интрузивные (граниты, диориты, габбро) и эффузивные, т. е. вулканические (базальты, андезиты, липариты, дациты).

Кроме того, по химическому составу условно выделяют кислые, основные и ультраосновные магматические породы. К кислым относятся породы, содержащие в среднем 64 — 78% кремнезема (Si02): граниты, дациты, грано-диориты. Основные породы в среднем содержат 44 — 53% кремнезема: габбро, базальты, пироксениты и др. Ультраосновные породы содержат 30 — 44% кремнезема: дуниты, периотиты и др.

Граниты (от лат. granulum — зернышко) возникают при кристаллизации магмы на глубине более 2 км. Внешне граниты — среднезернистые или крупнозернистые породы, имеющие светлую (розовую, красную, серую) окраску. Цвет гранитов во многом зависит от содержания калиевого полевого шпата. В этих породах преобладающими являются кварц (30 — 35%), полевой шпат (50 — 60%), плагиоклаз (10 — 15%).

Плотность гранитов колеблется от 2,58 до 2,81 г/см3. Граниты различаются по своей форме, происхождению и глубине образования. Удалось выяснить, что часть магматических расплавов, образовавших граниты, залегала на глубине 15 — 20 км, при этом были отмечены следы поднятия гранитной магмы со скоростью примерно 100 — 150 см в год. Мощности гранитных тел достигают 6 — 8 км.

Гранит — прочная горная порода с красивым рисунком расположения кристаллов. Когда хотят сказать о чем-то очень прочном, говорят «крепкий, как гранит». Действительно, из гранита делают фундаменты, опоры мостов.

Гранитной брусчаткой выложены улицы. Нижние этажи городских зданий часто облицовывают этим камнем. Гранит может противостоять ветру, дождю и снегу. Это объясняется особенностями его кристаллического строения, а внешний облик зависит от размеров породообразующих минералов и их цвета. Как правило, цвет гранита — это цвет его основного компонента — калиевого полевого шпата.

Гранит, как и всякая другая порода, может разрушаться на открытом воздухе, но происходит это медленно и едва заметно. Исторический опыт использования полированных плит гранита, которые подвергались воздействию резких колебаний температуры и атмосферных осадков, показал, что поверхность плит может начать изменяться только через 200 — 250 лет. Однако в современном мире выхлопные газы автомобилей, кислотные дожди и заводской дым существенно ускоряют процесс разрушения гранитов.

Магматические расплавы иногда прорываются по трещинам на поверхность, изливаясь в виде вулканических потоков. Излившиеся (эффузивные) потоки отличаются неравномерной кристалличностью, а отдельные минералы заключены в пористую или стекловидную массу.

Кристаллы в ней практически не видны. К таким горным породам относят базальты, которые по своему химическому составу являются основными породами (их плотность составляет 2,85 г/см3), и липариты — кислые породы с плотностью 2,59 г/см3.

Осадочные горные породы

Осадочные горные породы — это разрушенные при выветривании и перемещенные водой или ветром обломки пород разного размера и формы. Осадочные породы покрывают 75% поверхности Земли. Их объединяют в четыре группы: обломочные, вулканогенно-обломочные (чаще их называют вулканогенно-осадочными или пирокластическими), глинистые и биохимические.

Обломочные породы состоят из обломков минералов, горных пород, остатков органических тел (например, из известковых скелетов животных, стволов и веток деревьев и др.). Обломки бывают крупными (более 10 мм) и мелкими (от I до 0,01 мм), имеют различную форму, иногда слабоокругленную, а иногда шарообразную.

В группу обломочных пород входят пески, алевриты, галечники и продукты их разрушения. Иногда обломки прочно скреплены глинистым веществом — природным цементом, который различается по своему составу и может быть кремнистым, карбонатным, железистым, глинистым. Плотность обломочных пород низкая — от 1.2 до 2.0 г/см2.

Осадочное происхождение имеют многие минералы — кальцит, доломит, гипс, галит, сильвин, ангидрит, лимонит и др. Их относят к минералам — индикаторам осадочных пород. Они могут возникать в самых разных физико-географических условиях. Например, железистые породы образуются на дне морей и озер, а также в болотах.

Особенно разнообразны известняки. Они накапливаются на дне морей или озер, встречаются в долинах рек и вблизи источников, где в воде много извести. Это широко распространенные известковые туфы — травертины.

Пирокластические породы находят вблизи действующих или давно потухших вулканов. Эти породы тесно связаны с вулканическими процессами, и поэтому их можно встретить как на суше, так и под водой, вблизи подводных вулканов.

Они представляют собой смесь вулканических пеплов, песков, шлаков, пемзы и даже вулканических бомб. Глинистые породы разнообразны. Встречается более 50 разновидностей глин, которые отличаются по своим минеральному, химическому и органическому составам. Их объединяет преобладание частиц, размеры которых колеблются от 0,01 до 0,001 мм.

Существуют две разновидности таких пород — глины и аргиллиты.

Метаморфические горные породы образовались в результате изменения (метаморфизма) толщ осадочных или магматических пород. При сильном и длительном их сжатии, а также под воздействием высоких температур и газов в породах происходит изменение состава минералов, появляются новые минералы; эпидот, хлорит, тальк, серицит, графит и др. Самая известная из таких пород — мрамор, образующийся при метаморфизме известняков.

Чистый, белоснежный мрамор может просвечивать в слое толщиной до 30 см, что придает мрамору характерное для него мерцание. Под воздействием сжатия и высоких температур вулканические и осадочные породы превращаются в гнейсы, а каменные угли — в графиты. Пейсы — метаморфическая горная порода.

Насчитывают около 40 разновидностей гнейсов. Их чаще всего можно встретить в Финляндии, Карелии, Восточной Сибири, в Канаде. Для гнейсов характерны серый или зеленовато-серый цвет, тонкая полосчатость из темных, почти черных и светлых прослоек, включения сплюснутых минералов и обломков пород.

Гнейсы образуются при температурах от 400 до 900°С и давлении в 3 — 9 тыс. атмосфер. Такие условия существуют только в глубоких недрах Земли.

Образование гнейсов протекает в несколько этапов. Сначала осадочные породы (илы, пески) превращаются в глины и песчаники, а иногда в глинистые сланцы. Обычно это происходит в верхних горизонтах земной коры, где еще невелики температура и давление. Затем по мере погружения в глубину и с возрастанием температуры и давления сланцы и песчаники резко уплотняются, теряя при этом воду; минералы «расплющиваются».

Смена геологических условий приводит к появлению характерных листовидных и чешуйчатых «метаморфических» минералов: хлорита, талька, силиманита, ставролита и др. Высокие температуры и горячие магматические расплавы способствуют частичному расплавлению уже измененных пород. На последнем этапе гнейсы приобретают пластичные свойства и способны сминаться в складки, образуя иногда даже характерные гранито-гнейсовые купола.

Источники:

https://geographyofrussia.com/kakie-byvayut-gornye-porody/

https://obrazovaka.ru/geografiya/gornye-porody-klassifikaciya-vidy.html