5. Минералы и горные породы.

1. Общие представления о минералах и горных породах

Земная кора состоит из горных пород устойчивых парагенетических ассоциаций минералов, возникающих в результате геологических процессов и образующих самостоятельные тела в земной коре. Наука, изучающая горные породы, называется «петрография» и при описании вещественного состава пород, говорят его петрографии, или петрографическом составе. Составные части горных пород - минералы - это природные химические соединения, или элементы. Всего известно более 2000 естественных минералов, и сейчас существует примерно столько же искусственных. Некоторые из них встречаются в большом количестве и образуют горные породы и таких минералов всего 25. Их называют породообразующими, – например кварц, кальцит, слюды, полевые шпаты. Другие встречаются редко, но важны потому, что являются рудами металлов – киноварь, магнетит, галенит, гематит. Некоторые ценны сами по себе – золото, платина.

Минералы встречаются:

• в виде кристаллов. Например, минерал кварц - SiO₂ (оксид кремния) соединение наиболее распространенных в земной коре элементов образует от долей миллиметра до метров, называемые горным хрусталем;

• в скрытокристаллическом состоянии. Например, если то же соединение SiO₂ образует столь мельчайшие кристаллики, что кристаллическое строение не фиксируется, то минерал называется халцедон;

• в виде стекол, аморфных твердых гелей. Например, аморфный SiO₂ называется опалом.

Присутствие примесей окрашивает минералы, давая им новый облик и другое название. Взятый в качестве примера халцедон, может называться сердоликом (оранжевый), хризопразом (зеленый); ониксом, сардониксом (полосатый), агатом (концентрически-полосчатый). Кристаллический кварц, если он фиолетовый, называется аметистом, если золотистый - раух-топазом.

Минералы могут быть твердыми, жидкими и газообразными. Иногда они представляют собой твердые растворы. Некоторые из наиболее распространенных, относящихся к семейству алюмосиликатов образуют такие большие и сложные молекулы, начиненные разнообразными примесями, что не имеют постоянного химического состава.

Некоторые минералы образуются в глубоких недрах Земли в условиях высоких давлений и температур оливин (хризолит), пироксен. Попадая на земную поверхность, они поглощают кислород, воду, формируют более рыхлые кристаллические структуры, и преобразуются в другие минералы, устойчивые в условиях земной поверхности. Конечным продуктом таких процессов являются разнообразные глинистые минералы, непрочные механически, но чрезвычайно устойчивые химически. Другая группа минералов, стабильных в условиях земной поверхности окислы и гидроокислы – кварц, лимонит.

Важнейшим свойством минералов является их твердость - способность сопротивляться механическому воздействию более твердого минерала. Самым мягким природным минералом является тальк, самым твердым – алмаз. Именно твердостью определяются абразивные свойства разбуриваемых горных пород.

В таблице 7 приведены твердости эталонных минералов (шкала Мооса). Эти данные получены на микротвердомере с помощью вдавливания алмазной пирамиды в испытуемый минерал (число показывает, какое усилие необходимо приложить, чтобы получить площадку площадью 1 мм²).

Таблица 7.

Шкала твердости минералов.

№ по условной шкале (Мооса)	Минералы	Число твердости по Хрущеву (кг/мм2)	№ по условной шкале (Мооса)	Минералы	Число твердости по Хрущеву (кг/мм2)
1	Тальк	2,4	6	Полевой шпат	795
2	Гипс	36	7	Кварц	1120
3	Кальцит	109	8	Топаз	1427
4	Флюорит	189	9	Корунд	2060
5	Апатит	436	10	Алмаз	10060

Природный газ – метан является газообразным минералом, а нефть – жидкой горной породой, сложенной разнообразными жидкими минералами - углеводородами.

Минералами сложены горные породы, которые могут состоять почти из одного минерала, – быть мономинеральным (например, горная порода известняк на 90% состоит из минерала кальцита СаСО₃), или полиминеральными, – например, гранит обычно состоит из кварца, полевого шпата и слюды. Кроме того, в нем могут присутствовать в незначительных количествах и многие другие минералы. Нередко гранит содержит редкие земли и золото.

Условия образования горных пород, определяющие их облик, называют фациальными (от лат. фацио - облик, лицо) условиями, то есть фация – это однородный по составу комплекс горных пород, образовавшийся в сходных условиях.

Геологические процессы, в результате которых образуются горные породы, сводятся к трем группам, в результате чего получается три генетических класса пород. Это:

• Кристаллизация природных силикатных расплавов (магмы), поступающих из недр Земли, в результате чего возникают магматические горные породы.

• Разрушение ранее существовавших горных пород в поверхностных условиях, их транспортировка и отложение продуктов разрушения, в результате чего получаются осадочные горные породы.

• Преобразование пород любого происхождения вследствие изменения физико-химических условий, в результате чего возникают метаморфические горные породы.

Отдельные минералы связаны между собой благодаря поверхностным и объемным силам. Поверхностные силы возникают на поверхности тел за счет недокомпенсации сил притяжения внутри минеральных зерен. Чем ближе друг к другу минеральные зерна, тем полнее реализуются поверхностные силы (в магматических и метаморфических породах).

При относительно большом удалении зерен друг относительно друга, межминеральные связи становятся цементационными (в большинстве осадочных пород), водно-коллоидными (в глинах), а в рыхлых осадочных породах – (например, в песках), структурные связи между минеральными зернами осуществляются трением.