§ 3. Условия образования минералов и горных пород

Образование минералов вблизи поверхности и на поверхности Земли происходит при участии воды, кислорода воздуха, углекисло­ты, а также в результате жизнедеятельности организмов. Среди ми­нералов, образованных в этих условиях, различают осадочные (воз­никают в процессе осаждения солей и других соединений в водных бассейнах), биогенные (результат жизнедеятельности организмов и разложения органического вещества) и др.

Накапливающиеся в понижениях рельефа или на дне водных бас­сейнов рыхлые осадки, состоящие из отдельных кристаллов минера­лов и частиц (обломков) ранее существовавших горных пород, в

-о* г

\

Рис. 4. Изменение температуры горных пород Тс глубиной Я: / - пояс колебания температур (суточных, сезонных, много­летних) ; II - пояс постоянных во времени температур, повы­шающихся с глубиной

результате физико-химических процессов, происходящих в самих осадках в течение многих сотен тысяч лет, видоизменяются и становят­ся горными породами. Процесс превращения осадков в горные поро­ды получил название диагенеза (от греч. "диагенезис" - перерожде­ние). Породы, образованные таким путем, называются осадочными (породами осадочного происхождения).

Горные породы, некогда возникшие на земной поверхности или вблизи нее, могут оказаться на больших глубинах. Испытывая ог­ромные давления и высокие температуры, породы некристаллического строения становятся кристаллическими. Изменение горных пород в недрах Земли под воздействием высоких температуры и давления носит название метаморфизма.

Метаморфические превращения осадочных горных пород начинают­ся на глубине 3—5 км и усиливаются с увеличением глубины под дейст­вием повышающихся температуры (рис. 4) и давления. На каждые 100 м верхней оболочки земного шара температура повышается при­мерно на 3 °С и на глубине 40—50 км она, как предполагают, состав­ляет 1200—1500 °С. Такую температуру имеют жидкие раскаленные лавы действующих вулканов. Полагают, что ниже 40-80 км измене­ние температуры с глубиной происходит по другому закону и в цент­ре Земли, на глубине 6370 км, она достигает 2000-4000 °С.

Горные породы благодаря жесткому каркасу испытывают давле­ние вышележащих пород. Это давление называется горным. Его опре­деляют по силе тяжести твердой минеральной части пород. Горное давление на глубине 20 км, судя по плотности пород, равно прибли­зительно 460 МПа. Давление жидкости и газов, находящихся в поро­дах, называют пластовым. Оно уравновешивается столбом пластовой воды плотностью 1,05-1,1 г/см³. С увеличением глубины на каждые 100 м пластовое давление увеличивается на 1 МПа.

Как было отмечено выше, метаморфизм заключается в полной перекристаллизации горных пород в твердом состоянии, без предва­рительного их переплавления.

Различают следующие виды метаморфизма:

региональный (глубинный), проявляющийся на огромных площа­дях, когда отдельные участки земной коры погружаются и горные породы оказываются на глубине, характеризующейся высокими давлением и температурой;

\

динамометаморфизм, при котором изменение горных пород проис­ходит главным образом в верхней части земной коры под влиянием одностороннего (бокового) давления, возникающего притектони- 1

0

ческих напряжениях (породы становятся сланцеватыми, приобретают способность раскалываться на тонкие плитки, иногда со следами дроб­ления) ;

контактовый, связанный с внедрением магмы в толщу горных пород.

В результате метаморфизма образуются горные породы, которые называются метаморфическими. На глубине в зоне регионального метаморфизма образуются огромные массы горных пород, в основ­ном кристаллических сланцев, в состав которых в большом количест­ве входят такие минералы, как гранат, слюды, графит, корунд, тальк.

Ниже зоны регионального метаморфизма располагается зона ульт­раметаморфизма, где происходит частичное переплавление пород метаморфизующейся толщи, внедрение расплавов и летучих выделений в окружающие,, еще не расплавившиеся, но глубоко метаморфизован- ные толщи пород.

Дальнейшее развитие ультраметаморфизма приводит к появлению очагов магматических расплавов и последующему перемещению под­вижных магматических масс в толще земной коры. Совокупность процессов, связанных с проявлением внутренней энергии Земли и выражающихся в образовании магмы, внедрении ее в земную кору или излиянии на поверхность и застывании в виде тел различной ве­личины и формы, называется магматизмом.

Магма представляет собой расплавленное вещество сложного состава, насыщенное различными газообразными компонентами. Большую ее часть составляют кислород, кремний, алюминий, железо, кальций, магний, натрий, калий, водород. Остальные элементы содер­жатся в ней в небольших количествах (титан, углерод, фосфор, хлор) и в виде примесей.

Магма возникает в глубоких недрах Земли. Внедряясь в толщи горных пород земной коры, она остывает, происходит образование и выпадение кристаллов. В первую очередь выпадают из расплава оливин (Mg, Са)₂ [Si0₄] и другие наиболее тугоплавкие минералы, в последнюю очередь кристаллизуется кварц Si0₂. В процессе движения магмы и ее застывания образуются многие породообразующие мине­ралы и минеральные ассоциации различных типов (горные породы) магматического происхождения.

Магматизм нередко завершается образованием минералов на по­верхности: при извержении вулканов в результате застывания лавы на поверхности возникают вулканогенные минералы.

С областями современной и недавней вулканической деятельности связаны многочисленные горячие источники, в том числе гейзеры. Они выносят на поверхность большое количество химических соеди­нений, особенно окиси кремния. Из этих веществ образуются мно­гие минералы (опал Si0₂ • 2Н₂0, барит BaS0₄, кальцит СаС0₃ и др.).Преобладающее большинство горных пород образовалось в специ­фических термодинамических условиях — в недрах Земли или же на дне моря. Попадая на земную поверхность, они оказываются неус­тойчивыми в новой физико-химической обстановке и под воздейст­вием различных факторов разрушаются. Некогда целая горная порода превращается в обломки различной величины или даже распадается на отдельные составляющие ее минералы. В других случаях в процессе химического превращения наблюдается коренное изменение минера­лов и горных пород, приводящее к появлению совершенно новых по­род, отличных от первоначальных.

Следовательно, многообразие условий возникновения минералов и горных пород является причиной существования в природе столь большого числа минералов и горных пород.