Размещено на http://www.allbest.ru/

Связь общей геологии с другими дисциплинами геологического цикла

Основным объектом изучения геологии является литосфера. Чтобы познать строение литосферы, сущность совершающихся в ней процессов и историю ее развития, нужно изучать ее с разных сторон. Можно выделить несколько основных научных направлений в геологии:

1) науки, изучающие вещественный состав Земли (цикл наук, объединяемых термином «геохимия»);

2) науки, изучающие процессы, протекающие в Земле (динамическая геология);

3) науки, изучающие историю развития Земли (историческая геология);

4) науки, направленные на практическое использование недр Земли (практическая геология).

Рассмотрим этот вопрос несколько подробнее.

К геохимии, в широком смысле этого слова, обычно относят такие науки, как кристаллография, минералогия, петрография, литология и собственно геохимия.

Кристаллография - наука о кристаллах, их внешней форме и внутренней структуре. Природные минералы в большинстве случаев тела кристаллические; поэтому изучение их формы и законов, управляющих их образованием, имеет большое значение.

Минералогия--наука о минералах. Этот термин, как отмечалось ранее, происходит от старинного латинского слова «минера»--рудный штуф, кусок руды. Появление этого слова относится к глубокой древности и связано с развитием горного промысла. Минерал представляет естественное химически однородное тело, обладающее определенным химическим составом и физическими, свойствами, возникшее в результате различных геологических процессов, протекающих в Земле. В настоящее время известно более двух тысяч минералов. Минералогия рассматривает химический состав минералов, особенности их структуры, физические свойства, условия залегания, взаимосвязи и происхождение.

Петрография (от греч. петра -- камень, скала) -- наука о горных породах. Горные породы образуются как сочетание нескольких минералов. Петрография изучает минералогический и химический состав горных пород, их свойства, отношения между различными породами, изменения, которые они претерпевают с течением времени, их происхождение, и устанавливает закономерности образования горных пород и их распределение в Земле.

Геохимия изучает химические элементы, строящие земной шар, их распределение и миграцию. Геохимия является синтезирующей наукой по отношению к минералогии и петрографии, объекты изучения которых -- минералы и горные породы -- представляют определенные этапы в жизни химических элементов. Геохимия оперирует атомами, минералогия изучает сочетания атомов (минералы), а петрография--сочетания минералов (горные породы).

Динамическая геология -- наука о процессах, протекающих в недрах литосферы и на ее поверхности. В зависимости от источника энергии они подразделяются на процессы внутренней динамики (эндогенные) и процессы внешней динамики (экзогенные).

С эндогенными процессами связаны такие явления, как движения земной коры, землетрясения и вулканические извержения. Соответственно динамическая геология в этой части подразделяется на ряд наук: геотектоника - наука об условиях залегания горных пород, о движениях земной коры и вызванных ими деформациях. Учение о магматизме, т. е. о составе магмы и протекающих в ней процессах. Вулканология, наука о вулканах, представляет часть учения о магматизме. Сейсмология - наука о землетрясениях. В наше время одна часть сейсмологии, физическая сейсмология, отошла к математически наукам, другая, именно сейсмогеология, остается частью динамической геологии. Учение о метаморфизме -- наука об изменениях, которые претерпевают горные породы в недрах Земли под воздействием высокой температуры и большого давления.

К этому же разделу, т.е. к динамической геологии, следует отнести учение о внутреннем строении земного шара, о составе физических свойствах и агрегатном состоянии его оболочек и ядра.

С экзогенными процессами связаны жизнь и развитие морей, рек, подземных вод и т.п. Эти процессы связаны в основном с деятельностью атмосферы и гидросферы и влиянием последних на литосферу. Основным источником экзогенных процессов в конечном итоге является солнечная энергия. Динамическая геология в этой ее части подразделяется на такие науки, как: учение о выветривании, т. е. о процессах изменения горных пород под воздействием физических, химических и органических агентов на поверхности Земли; гидрология, - учение о геологической деятельности поверхностных проточных вод; гидрогеология -- учение о геологической деятельности подземных вод; океанология, океанография -- учение о геологической деятельности океанов и морей; гляциология, криология -- учение о геологической деятельности льда; учение о геологической деятельности ветра; лимнология -- учение о геологической деятельности болот и озер.

Историческая геология занимается изучением истории развития земной коры и органической жизни. Она в свою очередь подразделяется на ряд наук: стратиграфия -- учение о слоях осадочных пород и последовательности их залегания; учение о фациях, т. е. о свойствах осадочных пород и условиях их образования; палеонтология - учение об ископаемых остатках организмов, как животных, так и растительных; палеогеография, т. е. учение о физико-географической обстановке в прошлом; собственно историческая геология --учение о развитии земной коры, о закономерностях, управляющих ее развитием, о последовательности геологических событий, протекавших на Земле за всю ее историю.

К практической геологии относятся те науки, которые занимаются изучением недр Земли в практических целях. Здесь три основных направления: учение о полезных ископаемых, учение об инженерных условиях строительства зданий и сооружений и геоэкология.

Прежде чем найти месторождение полезного ископаемого, нужно провести работу по поискам; затем следует разведка месторождения; оба эти этапа составляют предмет геологоразведочного дела. Учение о полезных ископаемых разделяется на три части в соответствии с характером полезного ископаемого: рудные, нерудные и горючие ископаемые.

Инженерная геология имеет своей целью изучение свойств грунта и условий строительства в данной геологической обстановке, зданий и различных сооружений - дорог, мостов, плотин, каналов и т.д.

Геоэкология изучает влияние геологической деятельности человека на\ живую и неживую природу, в том числе на самого человека и среду его обитания.

Понятие о кристалле и кристаллическом веществе

В окружающем нас мире мы повсюду встречаемся с кристаллами. Жилые здания и промышленные сооружения, самолеты и ракеты, теплоходы и тепловозы, горные породы и минералы слагаются из разнообразных кристаллов. Из кристаллов состоят и такие вещества, как каучук, сажа, шерсть, шелк, целлюлоза, кости и многие другие предметы. Мы едим кристаллы, лечимся ими и частично сами состоим из кристаллов.

Изучением кристаллического строения минералов и других веществ занимается наука кристаллография. Кристаллография подразделяется на три вида: геометрическую, занимающуюся описанием различных форм встречающихся кристаллов, физическую кристаллографию, или кристаллофизику (включая кристаллооптику), и химическую кристаллографию, или кристаллохимию.

Физическая кристаллография и кристаллохимия изучают зависимость физических и химических свойств от особенностей кристаллического строения минералов. Кристаллооптика изучает оптические свойства кристаллов.

Среди природных минералов преобладают минералы кристаллического строения. Их 98%. В связи с этим изучению минералогии всегда предшествует знакомство с основными понятиями по кристаллографии.

Минералы, характеризующиеся кристаллическим строением, имеют упорядоченное расположение слагающих их мельчайших частиц: атомов, ионов и молекул. Упорядоченное, закономерное расположение этих частиц образует так называемую кристаллическую, или пространственную, решетку. В качестве примеров можно привести кристаллические решетки галита, графита и алмаза. Минералами кристаллического строения являются также кварц, кальцит, полевой шпат и др.

Твердые тела, характеризующиеся беспорядочным, хаотическим расположением мельчайших слагающих частиц, называются аморфными. Примерами таких образований могут служить стекла, смолы, пластмассы и др.

Для минералов существуют три типа кристаллических решеток: 1) атомная, где в узлах кристаллической решетки находятся атомы (например, алмаз, графит); 2) ионная, где в узлах решетки расположены ионы (например, галит); 3) молекулярная -- в узлах решетки находятся молекулы (сахар, аспирин, ряд других органических соединений).

Различие во внутреннем строении кристаллических и аморфных минералов сказывается и в различии их свойств. Для кристаллических тел характерна анизотропность (векториальность). Она выражается в том, что большинство физических свойств минералов (твердость, спайность, цвет, магнитность, электрическая проводимость и др.) одинаковы по параллельным направлениям и различаются по непараллельным. Иными словами, у кристаллических тел свойства постоянны в любых параллельных направлениях и могут меняться в непараллельных. Кристаллические тела, как правило, анизотропны.

В некоторых кристаллических веществах может проявляться и изотропность. Например, распространение света в кристаллах кубической сингонии происходит с одинаковой скоростью в разных направлениях. Можно сказать, что такие кристаллы оптически изотропны.

Морфология кристаллов

Благодаря закономерному расположению атомов в минералах с кристаллическим строением, многие минералы образуют хорошо выраженные правильные природные многогранники. Комбинации этих многогранников дают кристаллы. Таким образом, кристаллы отражают кристаллическое строение вещества, т.е. закономерное, упорядоченное расположение мельчайших частиц материи (атомов, ионов, молекул).

Некоторые формы кристаллов при первоначальном знакомстве с ними производят впечатление прихотливой игры природы. Однако в строении, свойствах и процессах образования кристаллов открыты строгие закономерности, изучением которых и занимается один из разделов геологии - кристаллография.

Как и в любом многограннике, в природном кристаллическом многограннике различают элементы ограничения: грани, ребра, углы. Грани - это плоскости, ограничивающие многогранник; ребра - линии пересечения граней.

Выделяют такие элементы симметрии как центр инверсии (С), ось симметрии (Ln), плоскость симметрии (Р). Все кристаллы относятся к одному из 32 видов симметрии:

Размещено на http://www.allbest.ru/

ПОНЯТИЕ О МИНЕРАЛЕ И МИНЕРАЛОгии

Минерал - природное вещество (химическое соединение или элемент) с кристаллической структурой и определенными химическими и физическими свойствами.

Минералы могут состоять из одного химического элемента (сера, алмаз, графит, золото и др.) либо из нескольких (кварц, кальцит, полевой шпат и др.). Большинство минералов -- твердые тела. Однако имеются жидкие (вода, ртуть) и газообразные минералы (метан, оксид серы и диоксид углерода). Здесь будут рассмотрены только твердые минералы. Твердые минералы по своему строению бывают двух видов -- кристаллические и аморфные. Кристаллические минералы преобладают в природе (98%). Кроме того, наблюдаются и скрытокристаллические минералы, кристаллическая структура которых устанавливается, например, при их микроскопическом исследовании. Большинство минералов, которые будут рассмотрены ниже,--это минералы кристаллического строения.

Минеральный индивид (монокристалл) - отдельный кристалл, имеющий единую кристаллическую решетку

Минералогия принадлежит к числу геологических наук, изучающих минеральный состав Земли и других космических тел. Для диагностики различных минералов минералогия использует ряд методов, позволяющих всесторонне изучить физические и химические свойства исследуемого вещества, определить состав и вывести формулу неизвестного минерала. Большинство методик по определению минералов требует применения точных приборов, сложного оборудования и нередко специальных лабораторий. В данном пособии, учитывая его специфику, даются только общие и краткие сведения о наиболее распространенных методах исследования и определения минералов и более подробно описывается доступный способ определения -- метод определения минералов по внешним признакам. Детальные методы исследования минералов описываются в специальных руководствах. Для определения минералов используются следующие методы.

Определение минералов по внешним признакам (макроскопический метод). Это наиболее доступный и простой метод. Для определения минералов исследуют их физические свойства: морфологию, цвет, блеск, твердость и др. Метод определения минералов по внешним признакам не требует специальной аппаратуры и особых приборов и легко доступен.

Габитус - внешний облик кристалла, зависящий от совокупности его граней и ребер. По габитусу выделяют три типа кристаллов.

Изометрические: гексаэдр (пирит, галит, галенит), октаэдр (алмаз), ромбододекаэдр (гранат), пентагондодекаэдр (пирит) и т.д.

Удлиненные: столбчатые (кварц, берилл, актинолит), шестоватые (турмалин, антимонит), игольчатые (актинолит, гетит), волокнистые (серпентин-асбест, селенит).

Уплощенные:таблитчатые (барит, гематит), пластинчатые, листоватые, чешуйчатые (слюды, тальк, хлорит).

В отличие от идеальных кристаллов, реальные кристаллы могут иметь неправильную форму, ограняться криволинейными поверхностями и иметь входящие углы. Осложнения морфологии кристаллов могут быит иакже связаны с проявлением закономерных кристаллических сростков - двойников, а также псевдоморфоз - минеральных тел, образованных в результате замещения кристалла (или агрегата) новым веществом, но сохранивших первоначальную форму.

Агрегаты минералов - это чаще зернистые агрегаты - скопления незакономерно сросшихся зерен одного или нескольких минералов. Встречаются также друзы, - сростки хорошо сформированных кристаллов, прикрепленных одним концом к общему основанию, конкреции, секреции, оолиты, сферолиты натечные образования.

Микроскопический (или кристаллооптический) метод использует для определения минералов специальные поляризационные микроскопы, которые позволяют исследовать минералы в проходящем и отраженном свете. Для исследования применяются особые препараты, называемые, шлифами и аншлифами. Шлифы представляют собой тонкие срезы минералов или горных пород толщиной около 0,02 мм, наклеенные с помощью особого клея--канадского или пихтового бальзама-- на предметное стекло и покрытые покровным стеклом.

В шлифах изучают прозрачные минералы с помощью проходящего света под микроскопом. Современные световые микроскопы позволяют достигать увеличении до 1000--1200 и видеть частицы размером 0,2--0,3 мкм. Под микроскопом определяется ряд оптических свойств минералов в шлифах и при помощи специальных иммерсионных жидкостей (иммерсионный метод). Метод определения оптических констант минералов с помощью поляризационного микроскопа достиг большого совершенства после изобретения Федоровым универсального теодолитного столика, называемого теперь федоровским столиком. Для исследования минералов данный столик устанавливается на микроскопе.

Непрозрачные минералы изучаются с помощью специального микроскопа в отраженном свете с особым приспособлением--осветителем, называемым опак-иллюлшнатором. Здесь объектом изучения служит непрозрачный шлиф, или аншлиф. Аншлиф (полированный шлиф) представляет собой кусок руды или минерала с зеркальной плоскостью, получаемой в результате шлифовки и последующей полировки. К объектам, изучаемым с помощью такого микроскопа, относятся непрозрачные минералы, слагающие различные рудные полезные ископаемые или входящие в виде включений в почвообразующие горные породы и почвы (пирит, галенит, халькопирит и др.).

Для определения минералов пользуются также бинокулярной лупой или стереоскопическим микроскопом (МБС-1, МБС-2 и др.), позволяющими исследовать рассматриваемые объекты как в проходящем, так и в отраженном свете.

Объектами исследования могут быть шлихи--концентраты из тяжелых минералов, получаемые в процессе промывки рыхлых аллювиальных, делювиальных и других отложений, а также «искусственные шлихи», образующиеся после промывки измельченных в порошок горных пород и руд. С помощью стереоскопического микроскопа или бинокулярной лупы можно проводить минералогические исследования образцов почв, предварительно разделенных на ряд фракций, различающихся величиной зерен.

Электронно-микроскопический метод используется для определения тонкодисперсных веществ -- глинистых минералов и коллоидных систем, для изучения кристаллических решеток и молекул. В электронном микроскопе вместо видимого света для получения изображений используется поток ускоренных электронов. Наибольшая разрешающая способность, достигнутая на отдельных современных электронных микроскопах, составляет величину в 0,4--0,5 нм, что соответствует увеличению порядка 1 млн. Обычно достигается увеличение порядка 200 тыс., что соответствует разрешающей способности около 1 нм.

В минералогии электронный микроскоп используется для изучения формы, особенностей строения и структуры тонкодисперсных минералов, размеры выделений которых лежат за пределами разрешающей способности обычной оптики. Такие глинистые минералы, как каолинит, галлуазит, монтморнллонит, палыгорскит, гидромусковит, ряд вторичных минералов коры выветривания и др., успешно исследуются и определяются с помощью электронного микроскопа. Однако электронно-микроскопический метод не универсален, наиболее успешно он может быть использован в сочетании с другими методами исследований--рентгеноструктурным и спектральным анализами, дифференциально-термическим и термогравиметрическим анализами, электронографией и химическим анализом.

Рентгеноструктурный анализ применяется для исследования и определения минералов в рентгеновском излучении. С помощью рентгеновского излучения можно исследовать кристаллические, скрытокристаллические и тонкодисперсные минералы. Рентгеноструктурный анализ основан на явлении дифракции рентгеновских лучей в кристаллах и законе «отражения» этих лучей в кристаллах от плоских сеток кристаллов. В результате рентгеновской съемки исследуемого вещества при облучении его монохроматическими рентгеновскими лучами получаются рентгенограммы, которые сравниваются с эталонными рентгенограммами известных минералов.

Электронографический метод исследования используется для тонкодисперсных коллоидных масс и тончайших пленок минералов толщиной в несколько нанометров. Метод основан на способности электронов, проникающих в вещество, определенным образом рассеиваться при встрече с закономерно расположенными атомами. В отличие от рентгеновского излучения, способного проходить в глубь кристаллического вещества, пучок электронов проникает на глубину до 0,01 мкм (0,00001 мм). В результате исследования полученных электронограмм проводится определение вещества.

Термический анализ, введенный Курнаковым, применяется для диагностики и характеристики многих минералов, руд и горных пород. Под названием термический анализ объединяются два классических метода:

дифференциально-термический (ДТА) -- получение кривых нагревания вещества, и термогравиметрический-- получение кривых изменения массы. Наиболее перспективно применение этих методов для исследования тонкодисперсных минералов, входящих в состав глин, бокситов, зоны окисления руд и коры выветривания. Особенно успешен термический анализ в сочетании с рентгеновским, электронно-микроскопическим и кристаллооптическим методами.

Псевдоморфозы. В природных условиях иногда встречаются минералы с совершенно не свойственными им кристаллическими формами. Например, гипс, кристаллизующийся в моноклинной сингонии и дающий своеобразные кристаллы, был встречен в виде кубических форм. Это объясняется тем, что гипс заполнил при кристаллизации полости, образовавшиеся путем растворения кристаллов галита водой. Такие образования получили название псевдоморфоз (греч. «псевдос»--ложь, «морфис» -- образование). Псевдоморфозы могут возникать и путем замещения одного минерала другим с сохранением его внешней формы. Так, наблюдаются псевдоморфозы гидрогётита по пириту с характерной кубической формой. Часто встречаются псевдоморфозы по органическим остаткам, например, опала или пирита по дереву, кальцита и фосфорита по раковинам моллюсков и др.

Из сказанного ясно, что для распознавания минералов недостаточно ограничиться изучением их внешней формы, необходимо знать другие более надежные свойства минералов, позволяющие однозначно определять их.

Диагностические свойства минералов

Твердость. Твердость--одно из важнейших свойств минералов при их диагностике. Твердость--это величина сопротивления минерала усилию, разъединяющему его частицы. Твердость минералов определяется сопротивлением, которое оказывает минерал при его царапании определенными стандартными минералами. Минералы, используемые для определения твердости, сведены в так называемую шкалу твердости, или шкалу Мооса, названную так в честь ее составителя. В шкале твердости минералы располагаются в порядке возрастания твердости от 1 до 10. Шкала, таким образом, состоит из 10 стандартных минералов, каждый последующий из которых царапает острым концом все предыдущие и в свою очередь царапается последующими минералами.

Ниже приводится шкала твердости (перед названием каждого минерала стоит цифра, обозначающая относительную твердость соответствующего минерала):

1. Тальк

2. Гипс

3. Кальцит

4. Флюорит

5. Апатит

6. Ортоклаз

7. Кварц

8. Топаз

9. Корунд

10. Алмаз

Определение минералов с помощью шкалы твердости проводится царапанием неизвестного минерала острым концом эталонного, входящего в шкалу твердости. Например, если неизвестный минерал царапается ортоклазом (твердость 6) и не царапается апатитом (твердость 5), то твердость определяемого минерала -- 5,5.

У большинства минералов на различных сколах и гранях твердость является величиной более или менее постоянной. Однако, в природе встречаются минералы, у которых твердость зависит от направления царапания. Например, у дистена твердость в направлении удлинения кристалла на грани (100) составляет 4,5, а в поперечном направлении--6; на гранях (010) п (110) твердость равна 7. Таких минералов с резко выраженной анизотропией твердости немного. Более точное определение твердости минералов проводят на специальных приборах, называемых склерометрами или микротвердометрами. Основной частью таких приборов является алмазная игла или пирамидка, по глубине вдавливания которых определяется твердость минерала.

В полевых условиях при отсутствии шкалы твердости используют заменители шкалы твердости: мягкий карандаш 1; ноготь 2,5; «медная» монета (1, 2, 3, 5-копеечные монеты) 3--4; стекло 5; лезвие бритвы, стального ножа 5--6; напильник 7. В практике полевого определения твердости минералов они вполне заменяют шкалу твердости, их достаточно для определения широко распространенных минералов.

Плотность. Плотность минералов колеблется в широких пределах -- от значений меньше единицы (природные газы, жидкие битумы) до 23 (некоторые минералы группы осмистого иридия). В ряде случаев это физическое свойство является хорошим диагностическим признаком. Даже взвешивая минералы просто на ладони, можно примерно определить их плотность. Большинство минералов имеет плотность в пределах от 2,5 до 3,5, рудные и самородные минералы-- больше 4.

По плотности все минералы можно объединить в три группы: легкие--с плотностью до 2,5, средние--от 2,5 до 4, тяжелые--более 4. 1< группе тяжелых минералов относятся рудные минералы. Исключение из этого правила составляет барит, имеющий плотность 4,5-- 4,7, не являющийся рудным минералом. Большой плотностью обладают: магнетит 5,5--6; галенит (свинцовый блеск) 7,5; киноварь 8 и др. Самородные элементы имеют в своем большинстве большую плотность: медь 8,9; висмут 9,7; серебро 11; ртуть 13,6; золото 15--19; платина 14--20; иридий и осмий 17--23.

Цвет. Цвет минералов в ряде случаев может быть важнейшим диагностическим свойством. Название многих минералов дано по их цвету. Например, лазурит и азурит голубого цвета; хлорит--зеленого цвета (греч. «хлорос» -- зеленый); родонит -- розовый (греч. «родон»--роза); рубин--красный (лат. «рубенс»--красный); аурипигмент -- золотисто-желтый (аурум -- золото, пигмент--окраска); гематит--буро-красный (греч. «гематос»--кровь); альбит--белый (лат. «альбус»-- белый).

Однако у многих минералов окраска не постоянна. Ряд минералов меняет свой цвет в зависимости от различных примесей и условий образования. Так, широко распространенный минерал кварц может быть бесцветным, прозрачным (горный хрусталь), дымчатым (раух-топаз), черным (морион), фиолетовым (аметист), молочно-белым и других оттенков. Турмалин встречается черной окраски (шерл), розовой (рубеллит), зеленой и даже бывает многоцветным (полихромным), когда один кристалл окрашен розовым, зеленым, бурым и другими цветами, концентрически-зонально расположенными в минерале.

Каковы причины окраски минералов? Выяснено, что на окраску минералов влияют: наличие в минералах ионов-красителей, или хромофоров, валентность ионов, координационное число, присутствие в составе решетки минералов молекул воды, посторонних включений и ряд других причин. Еще в 1824 г. русский минералог Севергин подразделил окраску минералов на три группы:

1) собственная; 2) зависящая от примесей; 3) случайная. В 1936 г. акад. А.Е.Ферсман дал этим группам названия: идиохроматическая, аллохроматическая и псевдохроматическая.

Идиохролютическая окраска (греч. «идиос»--свой, собственный) обусловлена собственными свойствами минерала. Этот вид окраски зависит от наличия в кристаллической решетке минералов ионов-красителей, или хромофоров. Хромофорами обычно являются: железо двух- и трехвалентное, титан трех- и четырехвалентный, марганец двух-, трех- и семивалентный, хром трех- и шестивалентный, а также медь, никель, кобальт, ванадий, уран и другие элементы. Например, двухвалентное железо придает минералам бутылочно-зеленую окраску (оливин), трехвалентное железо--коричневую и темно-бурую - (гётит), марганец двух- и трехвалентный дает розовую окраску (родохрозит, пьемонтит), марганец семивалентный - темно-фиолетовую и т. д. Многие минералы могут изменять свою окраску при искусственном воздействии на них. Например, алмаз, будучи облучен в атомном реакторе, приобретает красивую зеленую, бурую и голубую окраску. Еще в Древней Руси было известно, что если запечь в русской печке в хлебе дымчатые топазы, они становятся золотистого цвета. В Древней Греции и Риме агат, разновидность халцедона, варили в течение нескольких недель с медом, а затем -- несколько часов в серной кислоте. Получалась очень красивая полосчатая разновидность агата, называемая ониксом.

Аллохроматическая окраска (греч. «аллос» -- посторонний) вызывается наличием посторонних механических примесей. Например, кварц с включением тонких чешуек гематита окрашивается в красноватый цвет, а кварц с включением игольчатых выделений или чешуек хлорита имеет зеленоватую окраску и известен под названием празема.

Псевдохроматическая окраска связана с рассеянием света, отраженного от минерала, и интерференцией световых волн в поверхностных слоях минерала. Псевдохроматическая окраска, наблюдаемая у ряда минералов, обусловливает явления побежалости, или иризации.

Часто на поверхности прозрачных и полупрозрачных минералов можно видеть игру цветов, обусловленную интерференцией света, отражающегося от внутренних граней кристаллов, плоскостей спайности или микроскопических включений другого минерала. Это - иризация. Примером такой ложной окраски может служить иризация минерала Лабрадора (в зеленовато-синих тонах), слагающего основную массу горной породы лабрадорита, широко применяемого для облицовки зданий и, в частности, Мавзолея В. И. Ленина и станций метрополитена. Аналогичное иризации явление нам хорошо известно по эффекту, наблюдаемому на поверхности воды, покрытой радужной пленкой нефти или бензина. Такого же типа явление обнаруживается у благородного опала. Для него радужная игра цветов называется опалесценцией.

На поверхности некоторых непрозрачных минералов также образуются радужные пестрые пленки, например у борнита (фиолетово-синие), халькопирита (пестрые малиново-желто-сине-зеленые), антимонита (темно-синие) и др. Это явление у непрозрачных минералов называется побежалостью.

Цвет черты. В ряде случаев для диагностики минералов используют свойство минералов давать окрашенную черту на фарфоровой пластинке, имеющей матовую, не глянцевую поверхность. Цвет черты минерала--это цвет минерала в тонком порошке. Часто цвет черты минерала совпадает с цветом, наблюдаемым в природных образованиях самих минералов. Так, цвет черты азурита--голубой, аурипигмента--желтый, малахита--зеленый. Иногда цвет черты у некоторых минералов иной, нежели цвет самого минерала в куске. Так, пирит по внешнему виду--соломенно-желтый, бронзово-желтый, а цвет черты -- черный. Цвет черты помогает безошибочно определять руды на железо: бурый железняк, гематит, магнетит. Нередко эти руды бывают очень похожи друг на друга. Цвет черты помогает их легко распознать: у бурого железняка черта желто-бурая, у гематита вишнево-красная, у магнетита--черная.

Минералы полупрозрачные и прозрачные, как правило, дают бесцветную или светлоокрашенную черту. Минералы с металлическим блеском обычно дают черную черту независимо от их цвета. Следует иметь в виду, что черту на фарфоровой пластинке дают минералы с твердостью не более 6, так как твердость фарфоровой пластинки равна 5,5--6.

Блеск. Интенсивность отраженного света от поверхности минерала известна под названием блеск. Блеск зависит от многих причин: показателя преломления минерала, характера отражающей поверхности, включений, трещиноватости. Блеск не зависит от твердости и окраски минералов. По блеску все минералы могут быть подразделены на три группы: минералы с металлическим блеском, с полуметаллическим (металловидным) и неметаллическим блеском.

Многие рудные минералы (пирит, галенит, халькопирит и др.) характеризуются металлическим блеском. Таким же блеском обладают металлы, откуда и произошло это название. Неметаллический блеск широко распространен среди нерудных и породообразующих минералов. Неметаллический блеск имеют кварц, кальцит, слюда, полевой шпат и многие другие минералы. Полуметаллический блеск является промежуточным видом блеска. В качестве примера минерала с полуметаллическим блеском можно привести графит.

Среди минералов с неметаллическим блеском выделяют несколько характерных видов: 1) алмазный блеск--наиболее интенсивный блеск, свойствен алмазу, киновари, сере (на гранях); 2) стеклянный блеск широко распространен среди прозрачных минералов. Стеклянный блеск имеют кальцит, флюорит, кварц (на гранях); 3) перламутровый блеск характерен для слюд, талька; 4) шелковистый блеск встречается среди волокнистых минералов -- гипса, асбеста; 5) жирный блеск--поверхность минерала с жирным блеском как бы смазана жиром: нефелин, кварц, сера (на изломе); 6) матовый блеск--падающий свет рассеивается, и поверхность минерала выглядит матовой, как у каолинита, мела; 7) восковой блеск характерен для минералов с аморфным или скрытокристаллическим строением, например для опала, кремня.

Спайность и излом. Спайностью называют способность кристаллов и минералов кристаллического строения раскалываться по определенным кристаллографическим направлениям. Спайность зависит от внутреннего строения минерала и не зависит от внешней формы кристаллов. Спайность для многих минералов является хорошим диагностическим признаком.

Образование минералов

Образование минералов происходит при пересыщении среды веществом. Причины наступления пересыщения: остывание раствора (расплава), высыхание раствора, химические реакции с образованием нерастворимых соединений.

Геологические процессы, ведущие к образованию минералов - это магматизм, литогенез и метаморфизм. Последний включает в себя собственно метаморфизм, метасоматоз и гидротермальные процессы.

Классификация минералов

Все известные минералы сгруппированы в определенные классы. В основу современной классификации минералов обычно кладут два основных признака: химический состав и структуру минерала. Именно с этими признаками связаны важнейшие физические и химические свойства минералов. С изменением химического состава и структуры минерала меняются его свойства. Такая классификация называется кристаллохимической. Существуют и другие классификации минералов. Например, генетическая, в основу которой положена группировка минералов по происхождению.

Минералы, известные в природе и искусственно получаемые, можно подразделить на природные образования и искусственные соединения. В свою очередь среди природных образований выделяют две самостоятельные группы: неорганические минералы (сюда относят все природные соединения, за исключением органических) и органические минералы, представленные различными углеводородными соединениями. Неорганические минералы подразделяются по химическому составу на следующие основные группы и классы, в пределах которых выделяются подклассы по характеру химической связи, составу и структурным особенностям минералов.

В классификации учитывают такие понятия как полиморфизм, - способность вещества кристаллизоваться при том же химическом состоянии в различных структурах, и изоморфизм - способность веществ, близких по химическому составу и кристаллографическим свойствам строить общую кристаллическую решетку.

Приводимая ниже классификация минералов является упрощенной схемой.

Классификация неорганических минералов.

I. Самородные элементы.

II. Сернистые и близкие к ним соединения (сульфиды, селениды, арсениды, антимониды и др.).

III. Оксиды и гидроксиды.

IV. Галогениды.

V. Соли кислородных кислот: 1) карбонаты; 2) сульфаты; 3) фосфаты; 4) силикаты.

В список минералов, обязательных для изучения в курсе «Геология», включены следующие.

Тип I. ПРОСТЫЕ ВЕЩЕСТВА

01. Медь Cu

02. ЗолотоAu

03. СераS

04. Графит C

Тип II. СЕРНИСТЫЕ СОЕДИНЕНИЯ (СУЛЬФИДЫ)

И ИХ АНАЛОГИ

05. ХалькопиритCuFeS2

06. Пирротин Fe1-xS

07. Пентландит(Fe,Ni)9S8

08. ПиритFe[S2]

09. Стибнит (антимонит)Sb2S3

10. Молибденит MoS2

11. Галенит PbS

12. Арсенопирит Fe[AsS]

13. Сфалерит ZnS

14. Киноварь HgS

Тип III. КИСЛОРОДНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ

Класс 1. Оксиды и гидрооксиды

15. Гематит Fe2O3

16. Магнетит Fe2+Fe23+O4

17. Хромит FeCr2O4

18. Вольфрамит(Mn,Fe)WO4

19. Касситерит SnO2

20. Гетит, лимонит-FeO(OH)

21. Псиломелан (Mn4+,Mn2+)5O10·(Ba,H2O)2

22. Корунд Al2O3

23. Кварц, халцедонSiO2

24. ОпалSiO2H2O

Класс 2. Силикаты

Подкласс 1 (островной структуры)

25. Оливин(Mg, Fe)2[SiO4]

26. ЦирконZr[SiO4]

27. Группа граната:

Пироп Mg3Al2[SiO4]3

Альмандин Fe3Al2[SiO4]3

Андрадит Ca3Fe2[SiO4]3

Гроссуляр Ca3Al2[SiO4]3

28. Топаз Al2[SiO4]F2

29. Титанит (сфен) CaTi[SiO4]O

30. Берилл Be3Al2[Si6O18]

31. Турмалин Na(Mg,Fe2+,Li,Al)3Al6[Si6O18](BO3)3(OH)4

Подкласс 2 (цепочечные и ленточные структуры)

Группа пироксенов:

32. Диопсид CaMg[Si2O6]

33. ЭгиринNaFe[Si2O6]

Группа амфиболов:

34. АктинолитCa2Fe5[Si8O22](OH)2

35. Роговая обманка

NaCa2Mg4(Al,Mg3)[(Al,Si) 2Si6O22](OH)2

Подкласс 3 (слоистой структуры)

Группа слюд:

36. МусковитKAl2[AlSi3O10](OH)2

37. Флогопит KMg3[AlSi3O10](OH)2

38. Биотит KFe3[AlSi3O10](OH)2

39. СерпентинMg3[Si2O5](OH)4

40. Тальк Mg3[Si4O10](OH)2

41. КаолинитAl2[Si2O5](OH)4

42. Хлорит(Mg,Fe)5Al[AlSi3O10](OH)8

Подкласс 4 (каркасной структуры)

Группа полевых шпатов:

43. Калиево-натриевые полевые шпаты (K,Na)[AlSi3O8]

44. Плагиоклазы Ca[Al2Si2O8] - Na[AlSi3O8]

45. Нефелин Na3K[AlSiO4]

Класс 3. Карбонаты

46. КальцитCa[CO3]

47. ДоломитCaMg[CO3]2

48. МагнезитMg[CO3]

49. Сидерит Fe[CO3]

50. Смитсонит Zn[CO3]

51. Малахит Cu2[CO3](OH)2

52. АзуритCu3[CO3]2(OH)2

Класс 4. Сульфаты

53. ГипсCa[SO4]2H2O

54. БаритBa[SO4]

Класс 5. Фосфаты

55. AпатитCa5[PO4]3(F,Cl, OH)

Тип IV. ГАЛОГЕНИДЫ

Класс 1. Фториды

56. Флюорит CaF2

Класс 2. Хлориды

57. Галит NaCl

58. Сильвин KCl

1

Размещено на http://www.allbest.ru/

Главнейшие группы магматических пород

Ультраосновные породы (группа перидотита)

Ультраоcновные породы называют еще гипербазитами и ультрамафитами. Они состоят из главных минералов - оливина и пироксена. Типичные породы этой группы встречаются только в интрузивных формах залегания. Эффузивные представители, соответствующие ультраосновным породам, практически отсутствуют. Однако имеются близкие к ультраосновным породы, слагающие жерловины или трубки взрыва, - это кимберлиты. Ультраосновные породы составляют около 0,4 % всех изверженных горных пород и являются относительно редкими. Залегают они в виде мощных силлов, лополитов, пластообразных тел, а также в нижних частях так называемых «расслоенных» массивов. Часто тела ультраосновных пород группируются в цепочки, вытянутые на многие сотни километров и обрамляющие геосинклинальные области. Ультраосновные породы широко представлены в океанах, ими сложены каменные метеориты и мантия Земли.

интрузивные разновидности. Дуниты и оливиниты - породы, существенно (на 90 % и более) состоящие из оливина. В ряде акцессорных минералов встречаются хромит или титаномагнетит. Дунит обязательно содержит акцессорный хромит. Под микроскопом в дуните или оливините видна мозаика изометрических зерен оливина, между которыми зажаты кристаллы хромита, иногда моноклинного или ромбического пироксена, основного плагиоклаза. Структура этих пород панидиоморфнозернистая.

Оливин представлен магнезиальной разновидностью - форстеритом. Довольно часто он замещается серпентином. Если такое замещение является неполным, порода называется серпентинизированным дунитом. При полном замещении порода становится серпентинитом, принадлежащим к группе метаморфических погод.

Перидотиты - породы, состоящие из примерно одинаковых количеств оливина и пироксена. Пироксен может быть ромбическим (разновидность называется гарцбургит), моноклинным - верлит или тем и другим (лерцолит). Акцессорные минералы и серпентинизация в перидотитах такие жe, как в дунитах. В количественном отношении перидотитов значительно больше, чем других ультраооновных пород.

Пироксениты - породы, состоящие из пироксена, моноклинного или ромбического, иногда того и другого вместе, В них также встречается оливин, роговая обманка, плагиоклаз и акцессорные минералы - титаномагнетит, ильменит, сульфиды, апатит. Структура панидиоморфнозернистая, призматическизернистая.

жильные разновидности. Кимберлиты - порфировые породы, в которых вкрапленники представлены оливином, а также пиропом, ильменитом и флогопитом, основная масса состоит из серпентинизированного оливина, флогопита и кальцита. Кимберлиты содержат алмазы. Залегают они в виде жерловин и даек.

Группа габбро - базальта

Главные минералы, слагающие эту группу пород - основной плагиоклаз, моноклинный и ромбический пироксены. Характерной особенностью пород данной группы является резкое преобладание эффузивных разновидностей над интрузивными. По подсчетам С.П.Соловьева для территории СССР, основные эффузивые породы составляют 35 % всей площади магматических пород, тогда как на долю их интрузивных эквивалентов приходится около 2 %. Мощные толщи базальтов формировалась на платформах, в геосинклиналях и особенно на океаническом дне. На ранних и заключительных стадиях развития геосинклинали образуются соответственно инициальные и финальные базальты. На Луне базальты покрывают обширные площади лунных полей; интрузивные породы основного состава встречаются в метеоритах.

Формы залегания базальтов - потоки и покровы, формы залегания габбро - штоки, лополиты, тела неправильной формы.

интрузивные разновидности. Габбро на 50-60 % состоит из основного плагиоклаза (лабрадора) и на 35-50 % из моноклинного пироксена (авгита). Габбровая структура породы представлена изометрическими зернами плагиоклаза и пироксена. Если габбро содержит оливин, кварц или роговую обманку, оно называется оливиновым, кварцевым или роговообманковым. Вторичные минералы - альбит, эпидот, цоизит, тремолит, актинолит; акцессорные - магнетит, апатит, сульфиды.

Норит отличается от габбро тем, что вместо моноклинного в нем присутствует ромбический пироксен. Промежуточная между габбро и норитами порода называется габбро-норит.

Анортозит имеет почти мономинеральный плагиоклазовый состав. Он состоит на 90 % из лабрадора № 50-60, а на 10 % или менее из моноклинного и ромбического пироксенов, иногда ортоклаза и кварца. Структура их крупнозернистая, иногда гигантозернистая и призматическизернистая. Анортозиты образуют огромные интрузивные тела преимущественно докембрийского возраста. Крупнейший в Советском Союзе Джугджурский анортозитовый массив вытянут вдоль побережья Охотского моря на 500 км. Анортозиты установлены среди пород, слагающих высокогорную часть Луны.

жильные разновидности. Долерит в минералогическом отношении аналогичен габбро и состоит из основного плагиоклаза (лабрадора) и моноклинного пироксена, но структура у него иная - офитовая. Если в долерите есть оливин или кварц, он называется оливиновым или кварцевым.

Диабазом, как правило, называют палеотипно измененный долерит, в котором первичные минералы в значительной степени подверглись вторичным изменениям (альбитизации, эпидотизации, актинолитизации). Диабазы слагают чаще всего дайки и пластовые интрузии.

эффузивные разновидности. Базальт - кайнотипная порода; базальтовый порфирит -- палеотипная. Базальты имеют обычно порфировую структуру, которая обнаруживается иногда только под микроскопом. Вкрапленники представлены оливином, моноклинным пироксеном и плагиоклазом (лабрадором). Основная масса полнокристаллическая, полукристаллическая или стекловатая. Базальтовая структура характеризуется беспорядочно ориентированными микролитами плагиоклаза, между которыми заключены мелкие зернышки моноклинного пироксена, магнетита и стекло или продукты его разложения. Лунные базальты имеют примерно такой же состав, как и земные, но плагиоклаз составляет всего 25-30 % породы и является более основным - анортитом № 90-100. Содержание рудных минералов более высокое, чем в земных базальтах, количество титаномагнетита и ильменита в породе достигает 20 %.

Спилит - базальтовый порфирит о особой спилитовой структурой основной массы. Эта структура отличается от базальтовой сильной вытянутостью призматических кристаллов плагиоклаза, который здесь представлен альбитом. Пространство между альбитовыми кристаллами заполнено авгитом, а также хлоритом и другими вторичными минералами.

Группа диорита - андезита

Главными минералами, слагающими породы группы диорита-андезита, являются средний плагиоклаз и роговая обманка, в меньшей степени пироксены, кварц, биотит. Калиевый полевой шпат практически отсутствует. Количественные отношения интрузивных и эффузивных пород в этой группе, как и в группе габбро - базальта, характеризуются резким преобладанием эффузивных пород. Геологически андезиты тесно ассоциированы с базальтами, но, в отличие от последних, развиты преимущественно в геосинклиналях. Андезитовые лавы характерны для большей части крупных современных вулканических цепей мира: Японии, Камчатки, Алеутских островов. Каскадных гор. Зое эти вулканы образуют так вазывае1йогю."андезитовую линию" вулканов, обрамляющих впадину Тихого океана. Диориты слагают штоки и другие интрузивные тела небольших размеров, а также участвуют в строении многофазных диорит-гранодиорит-гранитных батолитов.

интрузивные разновидности. Диориты на 65-70 % состоят из плагиоклаза (андезина) и на 30-35 % из обыкновенной роговой обманки. Если в диоритах есть кварц (5-15 %), биотит или пироксен, диориты называются соответственно кварцевыми, биотитовыми или пироксеновыми. Структура диоритов призматическизернистая (диоритовая) или гипидиоморфнозернистая. Олигоклаз и роговая обманка являются идиоморфными минералами, кварц, если он присутствует, - ксеноморфным. Вторичные минералы - эпидот, хлорит, актинолит; акцессорные -апатит, магнетит, сфен, циркон.

эффузивные разновидности. Андезит - кайнотипная порода; андезитовый порфирит - палеотипная. Андезиты - порфировые породы, во вкрапленниках присутствует плагиоклаз (лабрадор), моноклинный и ромбический пироксены, базальтическая роговая обманка, биотит. В зависимости от характера железисто-магнезиальных минералов различают пироксеновые, роговообманковые, биотитовые, а также пироксен-роговообманковые и другие андезиты. Пироксеновые андезиты являются наиболее распространенными. Минералы вкрапленников в андезитах имеют некоторые особенности: плагиоклаз ритмически зонален, ромбический пироксен (гиперстен) обладает длиннопризматической, а моноклинный (авгит) короткостолбчатой формой. Бурая базальтическая роговая обманка похожа на биотит, который нередко представлен лепидомеланом. Оба эти минерала часто обнаруживают непрозрачные магнетитовые каймы (явление опацитизации).

Андезитовая основная масса состоит из микролитов плагиоклаза, "склеенных" стеклом, изредка отмечаются мелкие зерна пироксена и магнетита. Если микролиты плагиоклаза обнаруживают субпараллельную ориентировку, структура называется пилотакситовой.

Группы гранодиорита-дацита и гранита-риолита

Горные породы этих групп относятся к кислым. Главными минералами являются калиевый полевой шпат, кварц, плагиоклаз, роговая обманка и биотит. В отличие от основных и средних пород, в группе кислых пород интрузивные разновидности резко преобладают над эффузивными. По подсчетам С. П. Соловьева для территории СССР, кислые интрузивные породы составляют 49 %, а эффузивные 14 % общей площади распространения горных пород. Гранодиориты и граниты слагают батолиты, штоки, крупные и мелкие интрузии, дайки. Батолиты, как правило, имеют многофазный характер строения, причем кислые породы внедряются позднее основных (габбро - диориты - гранодиориты - граниты - сиениты). Гранодиориты и граниты образуют естественную ассоциацию в виде комплексов и формаций этих пород, широко распространенных в геосинклиналях, а также принимают широкое участие в строении фундамента платформ.

интрузивные разновидности. Гранодиориты состоят из полевых шпатов (55-70 %), кварца (20-25 %), роговой обманки или биотита (10-20 %). Плагиоклаз в количественном отношении преобладает над калиевым полевым шпатом. Вторичные минералы - эпидот, хлорит, актинолит; акцессорные - апатит, магнетит, сфен, циркон. Структура гранодиоритов гипидиоморфнозернистая (гранитовая).

Граниты состоят из полевых шпатов (60-70 %), кварца (25-35 %) и цветных минералов - биотита, роговой обманки, а также мусковита (5-10 %). В гранитах калиевый полевой шпат преобладает над плагиоклазом; кварца, по сравнению с гранодиоритами, содержится больше, а цветных минералов меньше. Гранит приведенного состава называют нормальным.

Щелочные граниты относительно обогащены щелочами. В минеральном составе эта особенность проявляется в том, что полевой шпат представлен только калиевым полевым шпатом, а цветные минералы- щелочной роговой обманкой (рибекитом или арфведсонитом) и щелочным пироксеном (эгирином). Акцессорные минералы - апатит, магнетит, сфен, циркон; вторичные - те же, что в гранодиоритах; структура гипидиоморфнозернистая (гранитовая), как у гранодиоритов.

эффузивные разновидности. Риолиты и риолитовые порфиры отличает наличие порфировых выделений кварца, щелочного полевого шпата и плагиоклаза, иногда биотита и роговой обманки. Щелочной полевой шпат в риолитах представлен свежим санидином, а в риолитовых порфирах - ортоклазом. Плагиоклаз имеет состав олигоклаза, иногда андезина. Структура основной массы стекловатая, микрозернистая, иногда сферолитовая. Текстура этих пород часто флюидальная, и название риолитов (греч. рио - теку) отражает эту особенность. Риолитовые порфиры называют еще кварцевыми порфирами. Обсидианы - кислые вулканические стекла с низким содержанием воды. Перлиты - обсидианы с характерной скорлуповатой отдельностью и с высоким (3-4 %) содержанием воды.

Группа сиенита - трахита

Главными минералами этой группы являются щелочной полевой шпат, плагиоклаз и роговая обманка, в меньшей степени биотит, кварц, пироксены. Сиениты существенно состоят из щелочного полевого шпата (ортоклаза, микроклина, альбита), который преобладает над плагиоклазом. Сиениты и трахиты - породы редкие, на долю сиенитов приходится около I % общей площади распространения магматических пород, на долю трахитов - сотые доли процента. Залегают породы в виде небольших интрузивных массивов, даек, штоков. Сиениты участвуют в строении некоторых гранитных батолитов и массивов нефелиновых сиенитов.

интрузивные разновидности. Сиениты на 60-90 % состоят из полевого шпата, причем щелочной полевой шпат составляет не менее 2/3 общего количества полевых шпатов и преобладает над плагиоклазом (олигоклаз-андезином). Цветные минералы (10-20 %) - обыкновенная роговая обманка, а также биотит или моноклинный пироксен. Количество кварца, если он имеется, не превышает 10 %; если кварца больше 10 %, то такие сиениты называются кварцевыми или граносиенитами. Как и граниты, сиениты подразделяются на нормальные и щелочные. Вышеприведенный состав относится к нормальному сиениту. В щелочном сиените нет плагиоклаза, весь полевой шпат щелочной, а цветные минералы представлены щелочной роговой обманкой, эгирином, эгирин-авгитом. Акцессорные минералы - апатит, сфен, циркон, магнетит, флюорит. Структура сиенитов таблитчатозернистая или гипидиоморфно-зернистая, текстура часто трахитоидная.