методичка

кристаллизации бор отгоняется в летучие, отделяемые от магмы. В случае высокой активности кремния будут образовываться боро и боратосиликаты – турмалин с пегматитах и грейзенах, датолит и данбурит – в скарнах. При взаимодействии летучих, богатых бором, с карбонатными толщами, обычно обогащенными Mg , в случае низкой активности кремния возникают скарны с боратами. Для них характерны людвигит, котоит, джимбоит, флюоборит.

При выщелачивании бора из вулканических пород в областях с влажным климатом он выносится в море. В морскую воду бор поступает также из районов активного вулканизма, в том числе подводного, при выщелачивании эффузивов, излившихся на морское дно. При повышении концентрации солей,

например в лагунных условиях, могут начать выделяться бораты. При этом на ранних ступенях образования солеродных бассейнов выделяются доломит,

гипс, ангидрит, а бор часто входит в состав данбурита, реже гидроборацита.

В случае образования крупных скоплений бораты являются чрезвычайно ценным сырьем для извлечения бора.

С и ли к а ты . В основе их структуры находятся кремнекислородные тетраэдры со смешанным типом связи (ионно-ковалентной), которые могут быть одиночными, либо могут полимеризоваться с образованием комплексов разной конфигурации и размеров. Тетраэдры скрепляются катионной частью, которая также весьма разнообразна - около 60-70 элементов (Na, K, Li, Ca, Mg, Fe, Mn, Be, Al, B, Ti, Zn и др.). Можно разобраться в различных формах связи между кремнекислородными тетраэдрами в силикатах в зависимости от соотношения в их химическом составе чисел атомов кислорода и кремния. Если соотношение О : Si = 4 : 1, как, например в цирконе Zr[SiO4] или гранате Ca3Al2[SiO4], тогда тетраэдры не имеют общих вершин, т.е. общих ионов кислорода, и

удерживаются в решетке катионами других металлов. Они представляют собой,

следовательно, изолированные «острова», и силикаты такого строения получили название островных силикатов. К этому подклассу относятся оливин,

циркон, топаз, группа гранатов. К типу островных относят также минералы, в

состав которых входят сдвоенные кремнекислородные тетраэдры, т.е. группы

31

[Si2O7] или комбинированные соединения, из двух групп [SiO4] и [Si2O7], как,

например, минерал эпидот.

При отношении О : Si = 3 : 1 могут быть различные типы связи: в одних случаях тетраэдры будут соединены в кольца из трех тетраэдров, в других из шести. Силикаты такого строения называются кольцевыми – берилл,

турмалин. При соотношении О : Si = 3 может также образоваться длинная цепочка с бесконечным числом тетраэдров. Такие силикаты получили название

цепочечных. К этой группе относятся пироксены (энстатит, диопсид), а также

родонит, датолит и данбурит. Усложнение цепного типа путем присоединения к одной цепочке другой приводит к образованию бесконечных лент со звеном

[Si4O11]. Такие силикаты называются ленточными – роговая обманка,

актинолит. Усложнение ленточных силикатов в результате присоединения лент в бесконечном количестве в одном слое создает слоевые силикаты,

характеризующиеся простейшей группой [Si4O10]. Это – тальк, мусковит,

биотит, серпентин, каолинит, монтмориллонит.

Соединение тетраэдров через все четыре вершины создает каркасы с группами [SiO2], соотношение О : Si = 2, все ионы О2- занимающие вершины,

относятся одновременно к двум тетраэдрам.. Подобные силикаты получили название каркасных. Это – ортоклаз, микроклин, альбит, лабрадор, нефелин.

Одной из главных и наиболее замечательных особенностей конституции каркасных силикатов является роль ионов Al в их кристаллических структурах.

В некоторых тетраэдрах ион Si+4 замещается на Al+3 , что приводит к появлению свободных отрицательных зарядов, для обеспечения устойчивости каркасных решеток к ним присоединяются катионы, в основном К+, Na+ и Са2+.

Силикаты составляют примерно одну треть всех известных в природе минеральных видов, составляя 75% земной коры. Многие силикаты являются важнейшими породообразующими минералами не только магматических горных пород, но также в продуктах выветривания, во многих осадочных породах (главным образом в глинах и глинистых сланцах). Значительную роль они играют и в минеральных составах почти всех месторождений полезных ископаемых, и не только как спутники рудных минералов, но и в ряде случаев

32

как носители ценных металлов (Ni, Zn, Be, Zr, Li, Cs, Rb, U, TR и т.д.). Немало известно и неметаллических полезных ископаемых, представленных силикатами. К числу их принадлежит асбест, каолин, так называемые отбеливающие глины, полевые шпаты как сырье для огнеупоров, керамики и т.д., не говоря уже о строительных материалах. Ряд силикатов (изумруд,

аквамарин, турмалин, топаз, родонит, нефрит и др.) издавна используются в качестве драгоценных и поделочных камней.

М и н е р а л о г и ч е с к а я м о д е л ь З е м л и . Земная кора на 75% сложена силикатами и на 17% оксидами и гидроксидами. Она неоднородна по минеральному составу. Самая верхняя осадочная оболочка (стратисфера),

присутствующая в разрезах и континентальной, и океанической коры, сложена главным образом кварцем, карбонатами (кальцитом и доломитом), слоистыми силикатами (глинистыми минералами, хлоритом, слюдами). Следующий

гранитно-метаморфический слой, отсутствующий в коре океанического типа,

по своему минеральному составу считается отвечающим среднему составу магматических пород. По подсчетам Т. Барта, главными минералами,

слагающими магматические породы, являются щелочные полевые шпаты 31%,

плагиоклазы 29,2%, кварц 12,4, пироксены 12%, рудные минералы 4.1%, биотит

3,8%, оливин 2,6% роговая обманка 1,8% мусковит 1,4%, апатит 0,6% хлорит и серпентин 0,6%, нефелин 0,3%, сфен 0,3%. Именно с этой зоной и стратисферой (осадочной оболочкой) связан наибольший расцвет минерального мира – здесь сконцентрированы все известные на сегодняшний день минеральные виды. При переходе к нижнему слою коры – гранулито-

базитовому – отмечается повышение роли железо-магниевых минералов, в

первую очередь пироксенов и амфиболов. Они являются основными компонентами пород среднего и основного состава и их метаморфических эквивалентов – главных составных частей этой земной оболочки. Верхняя мантия сложена в основном породами ультраосновного состава, основными минеральными фазами которых являются оливин (57%), пироксены (29%),

гранат (14%). Внешнее ядро сложено, по-видимому, тем же веществом, что и нижняя мантия, но находящимся в жидком состоянии. Промежуточный слой

33

сложен твердым веществом в состоянии, близком к плавлению. Внутреннее

ядро Земли состоит из довольно твердого вещества высокой плотности,

находящегося в металлизированном состоянии. Вероятный состав – сплав железа с никелем, по другим моделям – Fe2 O3 .

Лабораторная работа № 3. Диагностика минералов

Цель: Приобретение опыта определения видовой принадлежности образцов минералов.

Необходимые материалы: Демонстрационная коллекция минеральных видов,

образцы минералов из различных классов, стекло, бисквит,

компас, раствор соляной кислоты, шкала Мооса.

Порядок выполнения работы:

1.Проверить знания классификации и диагностических свойств минералов, самостоятельно определяя образцы минералов изученных классов, используя демонстрационную коллекцию.

2.Используя материалы описаний (самостоятельная работа) и

определитель (в учебнике), назвать десять минералов среди произвольно выбранных образцов раздаточной коллекции.

3.Описать свойства определяемых минералов в таблице. Дать заключение о возможном применении каждого из десяти минералов.

									Таблица 5
		№	Блеск	Твердость	Окраска	Цвет	Форма	Доп.	Название
		обр.				черты	агрегатов	признаки	минерала
1.	В.П.Бондарев					стр. 55 –185
2.	В.В.Добровольский					стр. 45 – 91
				Часть 2. Горные породы
				Тема 3. Магматические породы

О б щ и е с в е д е н и я о м а г м а ти зм е . По современным представлениям,

Земля – твердое тело, несмотря на высокую температуру недр, достигающую уже на глубине 50 км 1500о С, но благодаря огромному давлению вещество земных недр остается твердым и магма возникает в локализованных участках

34

при нарушении термодинамическое равновесия (повышение температуры

или уменьшение давления). Такие участки возникают в тектоносфере при тектонических движениях, в рифтовых зонах, в зонах субдукции и т.п. Магма – это поступающий из глубоких недр силикатный расплав, насыщенный газообразными продуктами, при застывании которого образуются магматические горные породы. При извержении на поверхность Земли магма освобождается от летучих компонентов и становится лавой. Оба вида магматизма (глубинного – интрузивного и поверхностного - эффузивного)

являются различными формами единого процесса образования, движения и затвердевания магмы. Термин вулканизм происходит от слова Вулканно – названия небольшого вулканического острова (жерла) из группы Липарских островов у берегов Италии. Термин же плутонизм, означающий интрузивный магматизм происходит от имени бога подземного мира – Плутона. Вулканизм геологически конструктивен, т.к. создает вулканические горы, лавовые поля и плато. Выделение больших количеств газов – обычное явление,

сопровождающее извержение. Судя по составу газов, сопровождающих извержения вулканов, газовая фаза лав содержит водяной пар - основной газ,

обычно составляющий 75-90% общего количества газов, углекислый газ, азот,

сероводород, окись углерода, аммиак, метан, фтор, серную и борную кислоту,

аргон и др. газы. Часть газовой фазы остается в форме мельчайших включений в минералах магматических горных пород, кроме того, газы выполняют ряд важных функций: во время кристаллизации на глубине они обеспечивают подъем давления до критической величины, вызывают взрыв, вырываясь на поверхность, они выбрасывают сгустки или фонтаны жидкой лавы и куски твердых пород разной величины. Вследствие расширения газов, захваченных лавой, последняя насыщается пузырьками и вспенивается, такая сильно пористая лава называется вулканическим шлаком, а в застывшем состоянии – пемзой. Покинув магму и остывая, газы могут при благоприятных условиях отлагать растворенные соединения металлов в виде рудных скоплений. Так на поверхности путем возгонки образуются самородная сера, хлориды металлов, сульфиды ртути, мышьяка, сурьмы, железа. Выход горячих

35

газов на поверхность в фумаролах, сольфатарах, моффетах и горячих источниках может продолжаться долгое время после прекращения излияния лавы. Пирокластический материал – твердые обломки, выброшенные при взрыве из вулканических жерл – вулканические блоки, бомбы, шлак, лапилли,

вулканический песок, вулканический пепел, вулканическая пыль. Формы вулканических извержений разнообразны. Способ извержения, очевидно, в

значительной степени обусловлен вязкостью магмы, которая в свою очередь,

зависит от ее состава. Расплавы, обогащенные кремнеземом, обладают очень высокой вязкостью, как жидкий кремнезем в чистом виде. При спокойных излияниях (как на Гавайях), образуются пологие конусы, сложенные базальтовой лавой, называемые также щитовыми вулканами. Фонтанирующая лава дает шлаковые конусы или конусы разбрызгивания. Вулканы,

выбрасывающие лаву и шлак поочередно образуют сложные конусы или стратовулканы, сложенные чередующимися слоями (Везувий, Этна). У

немногих вулканов с вязкой лавой образуются пробкообразные купола, а

иногда и своеобразные «иглы» – Мон-Пеле на острове Мартиника. В

большинстве случаев три главных процесса, связанные с различной подвижностью лав: эффузия – излияние лавы на поверхность, эксплозия –

газовый взрыв, экструзия – выжимание или выдавливание малоподвижного магматического вещества на поверхность – сложно сочетаются и обуславливают смешанный характер извержения. Из восьмисот известных сейчас вулканов, действовавших в историческое время, две трети

сосредоточены в островных дугах вокруг Тихого океана или на континентальной стороне границ между литосферными плитами (Марианские острова, Филлипины, Япония, Курильские и Алеутские острова, Центральная Америка, Анды). Второй пояс концентрации вулканов, в котором сосредоточена примерно четверть общего количества, протягивается от Италии,

Греции и Турции через Южную Азию к Индонезии. Вулканы третьей группы,

связанные со срединно-океаническими спрединговыми хребтами, расположены в Исландии, на островах Азорских, Асуньсьон и Тристан-да-кунья. Четвертая

группа включает цепочки вулканических островов в Тихом океане, в первую

36

очередь Гавайские острова. Местоположение вулканов определяется, в первую очередь, принадлежностью их к определенным типам вулканизма, которые связаны с разными геоструктурными зонами (см. часть 3, тема 7). По своему химическому составу лавы образуют ряд от основных до кислых. Базальтовыми потоками, распространяющимися в горизонтальном направлении сложена значительная часть океанического дна. Кислые, богатые кремнеземом лавы характеризуются гораздо большей вязкостью по сравнению с базальтовыми и поэтому имеют тенденцию накапливаться на крутых склонах, образовывать пробки, закупоривая жерло, вызывать взрывы.

М и н е р а ло г и ч е с к и й с о с та в и к ла с с и ф и к а ц и я м а г м а ти ч е с к и х п о р о д . Магматические (изверженные) горные породы образуются в результате остывания и кристаллизации магмы. В зависимости от условий образования магма может закристаллизоваться полностью, частично или образовать стекловатую породу. Полнокристаллические породы обычно имеют массивную текстуру, для некоторых излившихся пород характерны флюидальная текстура,

связанная с течением магмы, и миндалекаменная текстура, обязанная присутствию пустот (миндалин) выполненных кальцитом, цеолитами и другими минералами, различают также такситовую текстуру, образующуюся при расположении минеральных скоплений в виде отдельных пятен. Среди минералов магматических пород различают главные породообразующие,

слагающие основную массу породы и акцессорные, которые присутствуют в небольшом количестве в виде характерной примеси. Магматические породы классифицируют по химическому составу, который можно установить в результате минералогического изучения шлифов под микроскопом. Для химической характеристики породы используется содержание в ней кремнекислоты SiO2, по которому принято условное разделение магматических пород на группы (семейства): ультраосновных, основных, средних и кислых.

Группа перидотитов (ультраосновные породы) – для этой группы характерно низкое содержание кремнезема и высокие содержания магния и железа, главными породообразующими минералами являются железо-

37

магнезиальные силикаты – оливины и пироксены. Большую роль играют рудные минералы. Наиболее распространенными среди ультраосновных пород являются перидотиты – черные, с зеленоватым оттенком, а также дуниты и оливиниты. Редко встречаются жильные представители этой группы –

кимберлиты – брекчиевидные породы зеленовато-серого или голубовато-

серого цвета, включающие обломки магматических пород, из числа второстепенных минералов следует отметить темно-красный гранат – пироп,

будучи очень стойким, используется при поисках кимберлитов,

представляющих единственный источник коренных месторождений алмазов.

Предполагается, что источником кимберлитов является перидотитовый слой верхней мантии. С группой ультраосновных пород генетически связаны многочисленные полезные ископаемые, среди которых важнейшими являются

хром и платина (Урал).

Группа габбро-базальтов (основные породы) – это самые распространенные среди всех магматических горных пород. Главными породообразующими минералами группы являются пироксены и основные плагиоклазы. Глубинные породы этой группы объединяют термином

габброиды. Габбро – равномернозернистые породы, состоящие из плагиоклазов (лабрадора, анортита) и моноклинных пироксенов (авгита), и в меньшей мере – роговой обманки, иногда с примесью оливина, кварца,

ортоклаза. Основной компонент – плагиоклаз, который образует, таблитчатые кристаллы и составляет 50% и более. Темноцветные компоненты могут достигать 50%, но иногда их количество резко снижается и порода приобретает лейкократовый (светлый) облик. Норит, анортозит, лабрадорит – породы аналогичные габбро, для всех их характерны включения титаномагнетитов,

сульфидов меди, железа и никеля (халькопирита, пирротина, пентландита). С

этими породами связаны крупные месторождения этих металлов (Мончегорск,

Никель – на Кольском полуострове). Эффузивные породы этой группы представлены базальтами. Базальты состоят из плагиоклазов и железисто-

магнезиальных силикатов, которые сопровождаются магнетитом или ильменитом и оливином, а также неракристаллизованного стекла.

38

Макроскопически цвет базальтов черный, крупнокристаллический базальт,

лишенный нераскристаллизованного стекла, называют долеритом. Иногда при застывании базальтовой лавы в результате выделения газов остаются округлые пустоты и возникает пузыристая текстура. При последующем заполнении пустот низкотемпературными минералами (хлоритом, халцедоном, цеолитами,

кальцитом) образуется миндалекаменная текстура. Базальты являются самым распространенным типом эффузивных пород.

Группа диоритов-андезитов (средние породы) – содержание SiO2 от 52 до

65%, содержание Al2O3 аналогично породам габбровой группы; содержание железа, магния и кальция несколько меньше, а щелочей больше, чем в группе габбро. Типичными породообразующими минералами группы являются средние плагиоклазы и роговая обманка. Наиболее распространенными разновидностями интрузивных пород этой группы являются диориты и кварцевые диориты. Диориты – породы серого цвета, обычно более светлоокрашенные, чем габбро. Состоят из плагиоклаза и роговой обманки,

иногда вместе с пироксенами или биотитом, составляющими в сумме около 2530 %. Из акцессорных минералов, входящих в состав диоритов и андезитов,

заслуживают внимания апатит и циркон. Излившиеся аналоги диоритов представлены андезитами и их измененными разновидностями –

андезитовыми порфиритами. Андезиты образуют постепенные переходы к базальтам через промежуточные разности андезито-базальтов. К этой же группе принадлежит ряд сиенита, породы состоящей из калиевого полевого шпата (в

щелочных сиенитах составляющий до 85% массы породы) и фемических минералов, на долю которых приходится 15% (роговая обманка и пироксены).

Из акцессорных минералов следует отметить титанит, встречающийся в виде идиоморфных желтых или коричневых зерен конвертообразного габитуса, а

также ортит и корунд. Сиениты по сравнению с гранитами имеют незначительное распространение. Они известны на Урале, где в контактах с известняками с ними связаны магнетитовые месторождения, на Украине, в

Казахстане, Средней Азии и Восточной Сибири.

39

Группа гранитов-риолитов (кислые породы) – характеризуются высоким содержанием кремнезема (60-75%), повышенным содержанием щелочей и небольшим содержанием железа, магния. Характерной особенностью минерального состава пород этой группы является постоянное присутствие свободного кварца, преобладание натриево-калиевых шпатов над

плагиоклазами и низкое содержание фемических (темных) минералов.

Степень идиоморфизма минералов в гранитах отвечает определенной последовательности. Акцессорные минералы – апатит, циркон, магнетит –

обычно имеют вид хорошо образованных мелких кристаллов, которые встречаются в качестве включений во всех минералах. Наименьшая степень идиоморфизма у ортоклаза и кварца. В группе кислых пород преобладают глубинные. Их называют гранитоидами. Среди них выделяют граниты –

розовые, светло-серые, иногда темно-красные; плагиограниты – серые породы, где полевой шпат целиком представлен олигоклазом, цветные минералы – зеленой роговой обманкой и биотитом. Гранодиориты от гранитов отличаются меньшим содержанием кварца, повышенным количеством фемических минералов, преобладанием плагиоклаза над натриево-калиевым полевым шпатом. Излившиеся аналоги гранитов – липариты (риолиты)

плотные породы белого, желтоватого, сероватого цвета или в случае стекловатой структуры основной массы очень темные, с бурым, красноватым,

зеленоватым оттенком. Основная масса липаритов (риолитов) состоит из кварца и калиевого полевого шпата.

П е тр о г р а ф и ч е с к и е п р о ви н ц и и и с вя з ь с н и м и м е с то р о ж д е ни й п о ле зн ы х и с к о п а е м ы х . Магматические породы одной горной области имеют ряд характерных минералогических и химических признаков,

отличающих их от аналогичных пород другой области. Такие области распространения магматических пород, имеющих характерные минералогические и химические признаки и образовавшихся в определенное геологическое время, называются петрографическими провинциями с определенным комплексом минералов и полезных ископаемых.

40