2.4 Лабораторна робота № 4

Мета: вміти розрізняти гірські породи за походженням, знати їх місця виходу на поверхню для створення нових маршрутів.

Теоретичні відомості Гірські породи земної кори

Земна кора складається з твердих матеріалів — гірських порід, які є природними скупченнями мінералів. Більшість гірських порід на Землі залягають під шаром ґрунту та рослинності, проте подекуди вони виходять на поверхню, де з них формуються вулкани та гранітні гірські масиви. На Землі багато різноманітних гірських порід, що утворилися внаслідок геологічних процесів,— вулканічної активності, метаморфізму, а також процесів формування відкладів та осадових порід (у т. ч. органічних матеріалів, таких як вугілля), що тривали впродовж кількох мільярдів років. Хоча більшість гірських порід Землі сформувалася всередині нашої планети, на її поверхні можна знайти й метеорити, що потрапили сюди з космічного простору (рис. 2.5).

Гірські породи, що складаються з мінералів, утворилися внаслідок трьох основних процесів. Магматичні породи формувалися внаслідок затвердіння гарячого субстрату. Деякі з них повільно охолоджувалися під поверхнею землі й утворили кристали магматичних порід, таких як граніт. Інші були вивержені на поверхню і сформували вулканічні породи тоді як скло — продукт охолодження розплавленої рідини. Метаморфічні породи виникли в результаті зміни давніх порід під впливом високої температури та тиску в надрах Землі. Внаслідок зовнішніх впливів на поверхні планети формуються осадові породи.

Магматичні породи бувають екструзивні (вулканічні), наприклад, лави, утворені на поверхні землі, та інтрузивні (плутонічні), як-от граніт, сформовані глибоко в товщі землі. Метаморфічні породи утворюються під впливом високої температури й тиску. Вони можуть бути дуже різні — від дрібнозернистих метаморфічних порід, таких як сланці (що утворилися зі сланцевої глини), до грубозернистих кристалічних сланців та гнейсу (формуються зі сланцевої глини і пісковику). Метаморфічні породи мають виражену площинну структуру (сланцюватість), тобто пласти мінералів розміщені в них паралельно. Осадові породи утворюються з осадових відкладів унаслідок вивітрювання, ерозії, розчинення, перенесення частинок, біохімічного осадження та випадання осаду. Загалом осадові породи поділяють на породи, що переносять­ся водою, вітром або силою тяжіння. Земні осадові відклади — це річкові, озерні, вулканічні й залишкові відклади, утворені внаслідок вивітрювання. До морських відкладів належать ті, що утворилися окремими зернами, а також карбонати.

Рисунок 2.5 – Шляхи формування гірських порід

Гірські породи, утворені внаслідок застигання розплавленої речовини, називаються магматичними і поділяються на екструзивні (утворені внаслідок виверження вулканів) та інтрузивні (плутони і дайки). Вони бувають різні за складом (від базальту до граніту) та структурою (від різних видів швидкоохолодженого скла й крихітних кристалів до великих кристалічних зерен). До магматичних порід належать базальти (вулканічні) та габро (плутони), з яких утворена океанічна кора, вулканічні острови (Ісландія) та чимало вулканів (таких як Фудзіяма), а також велетенські плутони з граніту (як у Сьєрра-Невада, США) і габро (як у Шкаерга-арді). Плутонічні породи утворюють також менші за розмірами тіла: плутони, штоки, сили (горизонтального залягання) та дайки (вертикального). Пегматити — це збага­чені силікатами плутонічні тіла з велетенськими кристалами, що є джерелом дорогоцінного каміння й промислових мінералів.

Метаморфізмом називають видозмінення гірських порід під дією високих температур і тиску. Найістотніші перетворення відбуваються в товщі землі, локальні трансформації — поблизу поверхні. Великий тиск спричинює метаморфічні процеси (зокрема, перетво­рення глин у сланці). Такий тиск може бути локалізований вздовж площини розлому, де породи деформуються внаслідок руху земної кори.

Внаслідок інтенсивного нагрівання відбувається термальний метаморфізм, що може мати локальний характер (нагрівання породи довкола невеликого магматичного тіла) або охоплювати великі зони рекри­сталізації – т. зв. термальні ореоли довкола великих глибинних плутонів. Внаслідок високої температури й тиску, що охоплюють значну площу, виникає регіональний мета­морфізм, котрий може бути мало- або тонкодисперсного. Скупчення нових мінералів формується внаслідок збільшення тиску й температури, оригінальна структура породи перетворюється на метаморфічну, в якій часто домінує площинна шаруватість.

Протягом 3800 млн років на поверхні нашої планети нагрома­джувалися осадові породи. Вони нашаровувалися, відокрем­лені підстильними пластами. Що давнішим був шар осаду, то глибше він залягав. Згодом ці шари ущільнилися (зазнали літифікації) і перетворились на осадові породи, які час від часу деформувалися при утворенні складок або розломів, потім шари осадових порід знову опинилися на поверхні. Ці процеси вперше описав Ніколаус Стено. З осадових товщ на Землі формуються відклади та осадові породи. Піски та мул з давніх річок, пустель і морів, а також відклади, утворені внаслідок дії льодовиків та вулканів,— усі вони збереглися у стратиграфічній історії Землі. Первинні відклади складаються переважно з уламків мінералів та порід, що сформувалися в результаті вивітрювання, ерозії або були перенесені водою (як-от пісковик), вітром (лес), льодовиками або селями (тиліт) чи утворилися внаслідок біохімічної діяльності (вапняк) або випаровування (поклади солі). Після відкладення осадові породи можуть зазнати змін через вплив різних процесів. При цьому з них вилучається вода (внаслідок стискання) і з часом — вони перетворюються на тверді, крихкі, шаруваті породи, такі як пісковик, вапняк або сланець.

Формування осадових порід відбу­вається у декілька етапів. Породи зазнають вивітрювання та ерозії на поверхні Землі, утворюється осад, який переноситься до моря. Там відбувається подальше перенесення, відкладення, поховання та літифікація – процес, який перетворює пухкі осадові відклади на тверду осадову породу.

Осадові породи, залежно від умов утворення та факторів, що сприяють накопиченню мінеральної речовини, ділять на генетичні групи за схемою:

Уламкові породи:

Класифікують за величиною і формою уламків (грубоуламкові, піщані, алеврити) та ступенем їх зцементованості (рихлі і зцементовані) (таблиця 2.2):

Таблиця 2.2 – Класифікація уламкових і глинистих осадових порід

Групи гірських порід	Розмі-ри улам-ків, мм	Назва порід
		рихлих, складених уламками:		зцементованих, складених уламками:
		Обкатани-ми	не обкатани-ми	обкатаними	не обкатани-ми
Грубоуламко-ві (псефіти)	Біль-ше 100	Валуни	Глиби	Валунні конгломерати	Глибові брекчії
	100-10	Галечник	Щебінь	Конгломерати	Брекчії
	10-1	Гравій	Дресва	Гравеліт	Дресвіт
Піщані (псаміти)	1-0,1	Піски		Пісковики
Пилуваті (алеврити)	0,1-0,01	Алеврити (леси)		Алевроліти
Пеліти	< 0,01	Різні за складом глини		Аргіліти

Основною складовою частиною грубоуламкових порід є уламки порід різного походження і складу. В піщаних, а тим більше в алевролітових і глинистих породах уламкові частини являють собою пере­важно уламки мінералів. Це в свою чергу утруднює визначення складу і структурних ознак порід, із котрих утворився осадовий матеріал.

Уламкові гірські породи мають надзвичайно широке розповсюд­ження. До них належать породи, в котрих уламкова частина складає понад 50 %. Класифікація уламкових порід базується на структурних ознаках, згідно з якими виділено чотири групи порід: грубоуламкові, піщані, алевритові та глинисті. Крім того, до категорії уламкових віднесено ефузивно-осадові (пірокластичні) утворення.

Розрізняють також уламкові гірські породи зцементовані і незцементовані (розсипчасті). В зцементованих породах в’яжучою речови­ною служать карбонати (кальцит, доломіт), оксиди кремнію (опал, халцедон, кварц), оксиди заліза (лимоніт, гетит), глинисті мінерали та ін.

Грубоуламкові породи. Значення різних типів грубоуламко­вих порід в будові осадового покриву Землі далеко нерівнозначне.

Глибові породи зустрічаються тільки в гірських районах. Їх ви­никнення переважно пов’язане з великими землетрусами, котрі супро­воджуються гірськими обвалами.

Валунні породи мають дещо більше площинне розповсюдження. Вони складаються із більш або менш окатаних уламків розміром 100-1000 мм, розсипчастих або зцементованих піщано-глинистим ма­онко ди. Утворюються валунні породи в результаті діяльності льодовиків, сельових потоків і гірських річок. Породи, складені улам­ками, дрібнішими 100 мм, розповсюджені значно ширше.

Щебінь і брекчія складаються із гострокутних уламків гірських порід розміром 10-100 мм. Щебінь являє собою розсипчасте, а брекчія – щільне осадове утворення, котре переважно зцементоване піщано-глинистим, вапняково-глинистим або яким-небудь іншим матеріалом. Утворюються ці породи поблизу джерела осадового ма­серіалу в результаті обвалів, осипів, зсувів, карстоутворення, діяльності льодовиків, селевих потоків та ін. геологічних процесів. По­роди користуються відносно невеликим розвитком і мають незначну товщину.

Галечник і конгломерат переважно складаються із окатаних уламків розміром 10-100 мм кулеподібної, еліпсоїдальної і чечевицеподібної форм. Галечник являє собою скупчення незцементованих між собою гальок, а конгломерат – міцну породу, в котрій окремі гальки зцементовані піщано-глинистим, вапняково-глинистим, карбонат­ним, кременистим або ін. матеріалом.

За походженням галечники і конгломерати діляться на прибереж­но-морські, річкові, тимчасових потоків, льодовикові та еолові.

Дресва і дресвіт – малорозповсюджені осадові породи. Перші являють собою розсипчасті осадові утворення, а другі – зцементовану, міцну гірську породу. Основною їх складовою частиною є гострокутні уламки порід, рідше мінералів розміром 1-10 мм.

Гравій і гравеліт – порівняно також мало розповсюджені оса­дові гірські породи, котрі складаються із більш або менш окатаних час­тинок величиною 1-10 мм і асоціюються з галечниками і конгломератами. Гравій – розсипчасті утворення, а гравеліти –міцні, зцементовані.

Піщані породи. Піщані породи складаються переважно із зерен піщинок розміром від 0,05 до 2 мм, котрі виражені в основному улам­ками мінералів і різних гірських порід. У відповідності з прийнятою класифікацією виділяють за переважаючим розміром зерен: круп­но-; середньо- і дрібнозернисті піщані породи, при цьому розсип­часті, незцементовані називаються пісками, а зцементовані – піс­ковиками.

Алевритові породи. Алевритові породи мають надзвичайно широке розповсюдження. Вони майже на 50 % і більше складаються із уламкових частин величиною 0,01-0,1 мм і за своїм складом є про­міжними породами між пісками і глинами. Розсипчасті породи нази­ваються алевритами, а зцементовані, міцні – алевролітами.

Глинисті породи належать до найбільш розповсюджених осадових утворень, складених в основному з глинистих матеріалів і тонкодисперсного уламкового матеріалу – пеліту, розмір яких не перевищує 0,01 мм.

Під дією високих тисків та температур та інших факторів катагенезу (перетворення породи під даними факторами без зміни властивостей осадових порід) глини перетворюються в аргіліти – міцні, сильно ущільнені, низько пористі і низько проникні породи, які не розмокають у воді і не мають пластичності.

Завдання

1. Геологічні пам’ятки природи на території України, їх опис та місцерозташування.

2. Геологічні музеї України та світу. Природні геологічні музеї.

3. Особливості організації туристичних маршрутів по геологічних пам’ятках.

Допоміжний матеріал: контурні карти, атлас України та світу, кольорові олівці, роздатковий матеріал викладача, слайди, мультимедійний проектор.

Порядок виконання

1 На листі формату А4 згідно розданного варіанту студент проводить письмові дослідження згідно завдань.

2 На карту наносить місцерозташування досліджуваних об’єктів.