Образование минералов и горных пород

Минералы образуются в различных областях земной коры и на ее поверхности при определенных для каждого из них физико-химических условиях, обусловленных сочетанием давления, температуры и концентрации веществ. С изменением условий они в большинстве случаев изменяются или переходят с различной скоростью в другие соединения, более устойчивые в новой обстановке.Таким образом каждый минерал является носителем определенных свойств , отражающих термодинамические условия его образования.

Свойства минерала выражаются в его химическом и внутреннем строении, которые позволяют отличить один минерал от другого и более или менее постоянны для каждого из них(хотя могут быть подверженны и незначительным колебаниям). Минералы могут состоять либо из одного химического элемента( сера, алмаз, графит и другие), либо из химических соединений ряда элементов( кварц, слюда, ортоклаз и другие).Они бывают твердыми( поваренная соль, малахит, кварц), жидкими( ртуть, вода) и газообразными( метан, сероводород, и другие).

Большинство минералов -твердые кристаллические тела. В настоящее время известно около 7000 названий минералов. Из них приблизительно 2500 являются самостоятельными минералами, остальные названия относятся к их разновидностям и соединениям, полученным искусственным путем.Большая часть минералов встречается очень редко и только около 50 из них составляют основную массу горных пород и называются поэтому породообразующими.

Все минеральные массы возникающие в результате тех или иных геологических процессов, по источнику энергии, за счет которой они образовались, делятся на три главные генетические группы: эндогенные( внутри рожденные), экзогенные( извне рожденные) и метаморфические ( преобразованные), рожденные при изменившихся условиях своего первоначального существования.Такое строгое деление на три генетические группы применяется лишь для горных пород, поскольку часть минералов может возникать в любой обстановке и в ряде случаев можно лишь указать какое происхождение для них будет главным ( приводящим к наибольшим их количествам).

Последнее обстоятельство не может, однако помешать рассмотреть процессы генезиса одновременно для минералов и горных пород. Эндогенные процессы связаны в основном с глубокими частями земной коры, где господствуют высокие температуры ( Т=1200 ÷ 1300°С) и большие давления (3 ·10 5-8·10 5 МПа). На глубине порядка 60-200 км вещество Земли может расплавиться с локальным образованием магмы. Магма ( греч. тесто, густая мазь) — это многокомпонентный силикатный расплав, содержащий летучие вещества и пары воды.

Минералы и горные породы магматического происхождения

Минералы и горные породы, образующиеся из магмы при остывании ее на глубине или при излиянии на поверхность Земли, называют магматическими или изверженными.Разнообразие минералогического состава магматических пород позволяет сделать предложение о существовании магм разного химического состава. Основным компонентом магмы является кремнекислота SiO2,составляющая от 35 до 80% всей ее массы. По среднему содержанию SiO2 все магмы делят на кислые и (65-75%), средние (52-65%), основные( 40-53%) и ультраосновные (<40%).Каждой из этих магм соответствуют такие же типы горных пород и их минеральные комплексы.

Летучие газообразные и парообразные вещества в магме повышают ее кристаллизационную способность и уменьшают вязкость. Они понижают точки плавления минералов, изменяя тем самым порядок их выпадения из расплава. Летучие соединения удерживаются в расплаве до тех пор, пока внешнее давление больше внутреннего давления в магме. При спаде внешнего давления они устремляются вверх по трещинам окружающих интрузии пород, вынося с собой такие тяжелые металлы, как свинец, цинк, олово, серебро, вольфрам, железо и бериллий, в виде легкоподвижных соединений.

Среди глубинных процессов минералообразования выделяют -собственно магматические и постмагматические ( пегматитовые, пневматолитовые, гидротермальные). Все они обусловлены эволюцией магмы, ее дифференциацией. Дифференциация -это совокупность всех физико-химических процессов, приводящих к разделению первичной магмы на ряд вторичных составляющих, отличающихся по физическому и химическому состоянию и ведущих к образованию всех известных магматических горных пород и минералов.

Различают два типа дифференциации-собственно магматическую и кристаллизационную. Магматическое минералообразование связано непосредственно с остыванием магмы на глубине при постепенном падении давления и температуры, вызывающими расщепление расплава или магматическую дифференциацию.Последняя возможна как по плотности, так и за счет ликвации. Первоначальный расплав разделяется на несколько несмешивающихся частей в силу различия их состава. Механизм этого явления напоминает отделение капли или слоя маслянистых веществ в сосуде со смесью масла и воды и называется ликвацией.

При разделение значительную роль играет удельная сила тяжести0гравитационная дифференциация, что приводит к обособлению суоьфидной (тяжелой) части расплава и образованию иногда крупных месторождений сернистых никеля и железа. В этих обособленных участках уже расщепившейся магмы при соответствующих температурах и давлениях начнут застывать сначала кристаллы наиболее тугоплавких минералов, а потом и легкоплавких. Начнет происходить разновременная кристаллизационная дифференциация. В горной породе образовавшейся таким путем, одни минералы будуь обладать более правильными очертаниями зерен, а другие-как бы цементировать их, заполняя оставшиеся между ними промежутки.

Помимо последовательной кристаллизации возможна также и одновременная полная кристаллизация из магматического расплава двух и большего количества компонентов. Поднимаясь по трещинам к поверхности, магма на своем пути захватывает, расплавляет и усваивает (ассимилирует)различные горные породы, что ведет к созданию дополнительных разновидностей самой магмы, а значит и магматических пород.Если обломки горных пород будут ассимилированы не полностью, то образуются ксенолиты ( останцы) пород, обычно сильно измененные с поверхности. Последний процесс называется контаминацией.

Пегматитовый процесс является своеобразной завершающей стадией магматического минералообразовани, когда в верхних краевых частях застывающего массива оказываются сосредоточенными наиболее поздние порции остаточного магматического раствора, сильно обогащенные летучими соединениями ряда элементов с хлором, фтором и бромом. Эти соединения активно замещают ранее образованные минераллы и на их месте отлагают новые, комплексы которых называют пегматитами, а процесс -пегматитовой фазой развития магматического очага. Процесс идет на глубине 3-8 км от поверхности Земли при температуре 300-900°С.

Обязательным условием образования пегматитов является постоянство высокого давления, способствующего удержанию летучих компонентов в магме в растворенном состоянии , а также температуры и состава.Только при этих условиях могут образовываться кристаллы-гиганты и структуры прорастания, типичные для пегматитов. Пневматолитовый и гидротермальный процессы минералообразования связаны с эволюцией остаточных перегретых магматических расплавов и растворов, обогащенных летучими компонентами. При уменьшении внешнего давления газовые расплавы могут отделяться от интрузии и вследствие возгонки и перегонки вещества создавать в окружающих ее тончайших трещинах боковых пород своеобразные неправильные по формам минеральные образования, называемые пневматолитами (пневмагаз).

Эти расплавы богаты хлором, фтором, бромом и фосфором, что делает их очень легкими и подвижными. Именно поэтому созданные ими минеральные скопления принято называть также возгонными.Предполагается , что они могут возникнуть на глубинах 3-6 км при температуре 400-600°С. Образование минералов в процессе возгонки возможно и на поверхности Земли при вулканических извержениях. Гидротермальная фаза обособляется обычно при температурах ниже 400°С( критическая точка воды 374°С) в широком диапазоне давлений. При гидротермальных процессах минералы и их комплексы образуются из горячих восходящих истинных или коллоидных растворов.

Процесс можно представить в следующем виде.Отделившиеся от магмы пары воды с растворенными в них химическими соединениями, циркулируя по трещинам, часто переносятся на значительные расстояния .попав в обстановку более низких температур и давлений, они постепенно охлаждаются, сжижаются, образуют перегретые растворы -гидротермы.При высоких температурах и сравнительно больших давлениях эти растворы химически очень активны и подобны кислотам.

Они растворяют различные металлы. По мере удаления от магматического очага( на 4,5-6 км от поверхности Земли) и постепенного охлаждения растворяющая способность гидротерм падает, часть растворенных ранее соединений выпадает в осадок в виде минералов гидротермального происхождения, заполняющих трещины. Эти заполненные минеральным веществом трещины называют гидротермальными жилами. Экзогенные или гипергенные ( поверхностные ) процессы связаны с верхними зонами земной коры, характеризующимися низкими температурами и давлениями.Сложный комплекс действующих на поверхности Земли процессов приводит к разрушению первичных м агматических пород и минералов. Это разрушение может быть чисто механическим( физическим), заключающимся в том, что монолитные горные породы превращаются в обломки разной величины и формы, которые в процессе последующих преобразований образуют группу обломочных осадочных горных пород.

Образование осадочных минералов и горных пород

Воздействие на породы и минералы различных химических агентов атмосферы, гидросферы и биосферы приводит к изменению их состава и появлению новых минеральных соединений, устойчивых в данной обстановке. Минераллы и горные породы, образованные таким путем, называют осадочными и подразделяют в зависимости от преобладающего фактора, принимающего участие в их образовании, на химические и органогенные. Таким образом, в результате действия экзогенных сил первичные породы дают начало сложному комплексу видоизмененных, вторичных по происхождению осадочных горных пород.

Образовавшиеся осадочные горные породы могут вновь подвергнуться различным изменениям как на поверхности, так и на глубине. Метаморфические процессы связаны с изменениями осадочных и магматических пород на глубине 6-10 км при высоких давлениях и значительных температурах а также под влиянием газов и паров воды, отделяющихся от магматических очагов.Возникающие в этих условиях преобразованные породы называются метаморфическими. Им свойственны характерные минеральные ассоциации.

Зоны действия каждой из описанных групп процессов не являются неизменными.Границы их подвержены различным колебаниям. Глубинная магматическая зона может подняться настолько, что внедрится не только в метаморфическую, но и в верхние слои литосферы а иногда просто выйдет на поверхность в виде вулканических извержений.В общем виде процесс образования и преобразования горных пород и минераллов иллюстрируется рисунком -1.
Рисунок-1. Схема образования и преобразования минералов и горных пород.

Так, химические элементы и их оксиды в магме образуют первичные магматические минераллы.Их химических элементов, выпавших из растворов или предварительно усвоенных и выделенных организмами, создаются минералы химического и органического происходения. Магматические и осадочные минераллы и горные породы под действием высоких температур, давлений и эманаций магмы преобразуются в метаморфические.

***** РЕКОМЕНДУЕМ выполнить перепост статьи в соцсетях!

*****