17

Основные сведения о Земле

величина сжатия	1:298,7
радиус экватора	6378245м
радиус полярный	6356863м
длина окружности меридиана	40008550м
объем Земли	1,083х1012км3
масса Земли	5,98х1027г
плотность Земли	5,517г/см3
плотность литосферы	2,705г/см3
возраст Земли	около 4,7млрд. лет
средняя температура Земли (как планеты)	277°К (+4°С)
площадь поверхности Земли	510,1х106км2
площадь суши	148,94х106км2
площадь мирового океана	361,16х106км2
масса гидросферы	1,422х1024г
объем мирового океана	1372х106км3
масса атмосферы	5,098х1021г
масса биосферы	5х1018г

ЧАСТЬ II. МИНЕРАЛЫ И ГОРНЫЕ ПОРОДЫ

Глава 1. Минералы

Минераламиназываютоднородныепосоставуистроениюприродныевещества, образовавшиесяврезультатефизико–химическихпроцес- сов, протекающих в земной коре и на ее поверхности.

Этовбольшинствесвоемтвердые, главнымобразомкристаллические тела, являющиеся составными частями горных пород и руд. Впрочем, оченьнезначительнаячастьминераловвстречаетсяивжидком(Hg, H2O) и в газообразном (метан, H2S) состоянии.

С химической точки зрения минерал – более или менее однородное тело, отвечающее определенному химическому составу.

Физическикаждыйминералтакжехарактеризуетсяболееилименее определенными, присущими ему свойствами.

Минералымогутсостоятьизодногохимическогоэлемента(Au, S, Hg, C, Pt и др.) или из химических соединений различной сложности.

Размеры минеральных агрегатов могут быть различны: от очень больших, массой в десятки тонн, до микроскопических. Как уже было сказано, большинство минералов имеет кристаллическое строение, но встречаются и аморфные минералы.

18

Известно несколько тысяч минералов (от 4000 до 6000-7000 по разным источникам), но только около450 изних широко распространены в природе. Из них всего несколько десятков минералов составляют основную массу горных пород и называются породообразующими.

Наукаминералогияизучаетморфологию(внешнийоблик), химический состав, примеси, внутреннюю структуру минералов. Не меньшее значение имеет определение физических свойств минералов, что важно как с практической точки зрения, так и для их диагностики. И, наконец, минералогияизучаетпроисхождение(генезис) минераловизакономерности распространения их в природе.

§ 1. Геологические процессы минералообразования

Минерал– этопродуктприродныхфизико-химическихпроцессов. По источнику энергии процессы минералообразования разделяются на две большие группы.

Эндогенные(гипогенные, глубинные) процессыминералообразова-

нияпротекаютвнедрахЗемлиисвязанысмагматическойдеятельностью. Процессызастываниямагмыведуткобразованиюразличныхмагматическихгорныхпород, аотделяющиесяотмагмыгазовыеиводныерастворы переносят различные вещества, которые, при определенных условиях, выделяются в виде минералов.

Экзогенные(гипергенные, поверхностные) процессыпроисходятна поверхности Земли или вблизи нее, а также в атмосфере и гидросфере. Этипроцессысвязанысфизическимихимическимразрушениемгорных породиминералов, ивызываютобразованиедругихгорныхпородиминералов, устойчивыхвусловияхповерхностиЗемли. Сюдажеотносятся биогенныепроцессы– процессы, связанныесжизнедеятельностьюорганизмов.

Минералыигорныепороды, возникшиеврезультатеэндогенныхи экзогенныхпроцессов, приизменениифизико-химическихусловийвне- драхЗемлииспытываютпреобразование(метаморфизм). Приэтомвозникают новые минералы и горные породы, которые называются метамор-

фические.

§ 1.1. Эндогенные процессы минералообразования

Процессы, связанныесдеятельностьюмагмы. Магма(отгреческого«тесто») – многокомпонентныйсиликатныйрасплав, содержащийводяные пары и летучие вещества. Очаги магмы связаны с глубокими частями земной коры, где отмечаются высокие температуры (до 1200°С) и давления в несколько тысяч МПа.

Эндогенныепроцессыподразделяютсянасобственномагматические, пегматитовые, пневматолитовые и гидротермальные. Все эти про-

19

цессы обусловлены дифференциацией магмы – разделением первичной магмынавторичныесоставляющие, различающиесяпохимическомусоставу и физическому состоянию.

Магматическиепроцессы– те, прикоторыхминералыобразуютсянепосредственноприкристаллизациимагмы; образующиесяминералы называютсямагматическимиилиизверженными. Взависимостиотместа (глубины) кристаллизациимагмыизверженныеминералыподразделяются на интрузивные (когда магматический расплав застыл на глубине в несколькодесятковкилометроввусловияхвысокихтемпературидавлений) и эффузивные (когда расплав застыл в непосредственной близости от поверхности или излился на поверхность Земли). Последний процесс наблюдается при извержениях вулканов; излившуюся на поверхность магму называют лавой.

Магмаостываетнаглубинеприпостепенномпонижениидавления итемпературы, вызывающемрасщеплениерасплаваилимагматическую дифференциацию. Дифференциацияподразделяетсянагравитационную, когдаболеетяжелаячастьрасплавапостепенноопускаетсявниз, авверхнихчастяхмагматическогоочагаскапливаетсялегкаячасть, икристаллизационную, когда более тугоплавкие минералы начинают кристаллизоваться первыми, а более легкоплавкие пока остаются в расплаве и кристаллизуютсяпозднее. Вгорнойпороде, образующейсятакимпутем, одниминералыобладаютправильнымиочертаниямизерен(хорошовыкристаллизовавшиеся), адругиеминералывынужденызаполнятьпромежуткимеждузернамипервых, какбыцементируяих. Гравитационнаяикристаллизационная дифференциации, как правило, осуществляются одновременно.

Кромеописаннойвышепоследовательнойкристаллизацииминералов– одинзадругим, впорядкеуменьшенияихтемпературыплавления, возможна и одновременная полная кристаллизация из магматического расплава нескольких компонентов. Магма, поднимаясь к поверхности Земли, ассимилирует(захватываетирасплавляет) различныегорныепороды, что ведет к изменению ее химического состава и возникновению новых разновидностей магматических горных пород.

Пегматитовый процесс минералообразования является завершающей стадией собственно магматического процесса, когда основная часть расплава уже кристаллизовалась и только в верхних частях остывающего массива концентрируется расплав, представленный наиболее легкоплавкими компонентами и насыщенный летучими соединениями.

Пегматиты– жильныетела, близкиепосоставукпервоначальной магме, ноотличающиесяотсобственномагматическихобразованийформой, строением и набором минералов.

20

Процессидетнаглубине3-8кмпритемпературе300-900°С; обязательнымусловиемдляобразованияпегматитовявляетсяпостоянствовысоких температуры и давления и состава расплава.

При этих условиях образуются кристаллы-гиганты, например: в Мамскоммассиве(Иркутскаяобл.) обнаруженыкристаллыслюды– мусковитамассойв1тонну; пластиныслюды– биотитамогутдостигатьразмеровв7м2 (Норвегия); кристаллыминераласподумена– литиевойруды могутвырастатьдо14мвдлину(ЮжнаяДакота, США); кристаллыполевогошпата– до100 тонн(Карелия); кристаллыдрагоценноготопаза– до 117кг (Волынский район, Украина).

Пневматолитовый процесс минералообразования ("пневма" от греческогогаз) этопроцессобразованияминераловизгазовойфазы. На позднихэтапахкристаллизациимагмывозможноотделениегазовотмагматическогорасплава(вследствиеуменьшениявнешнегодавления). При возгонкегазовпотрещинамиполостямвмещающихпородониохлаждаются, реагируют с вмещающими породами с образованием минералов. Продукты пневматолиза – пневматолиты разделяются на глубинные и вулканические. Первыеобразуютсянаглубинеоколо3кмпритемпературе 400-600°С; вторые – в трещинах лавовых покровов и кратерах вулканов за счет газов, вырывающихся в атмосферу при извержениях.

Гидротермальныйпроцессминералообразования. Гидротермы– горячие водные растворы, отделяющиеся отмагмы или образующиеся в результате сжижения газов (на завершающей стадии пневматолитового процесса). Критическая точка воды - 374°С, поэтому гидротермальные процессы возможны только при температуре ≤ 374°С в широком диапазонедавлений. Гидротермывыносятизмагматическогоочагацелыйряд соединений металлов, кроме того, они могут заимствовать из окружающих пород различные вещества. Причина движения гидротермальных растворов – разность давлений. Гидротермальныйпроцесс не ограничиваетсяотложениемминераловвтрещинахиобразованиемжильныхтел. Гидротермы, какигазы, просачиваютсясквозьвмещающиегорныепороды, химическиреагируютснимиизамещаютих, привносяновыесоединения. При этом образуются так называемые метасоматические тела.

§1.2. Экзогенные процессы минералообразования

Вповерхностной зоне земной коры происходит мощный процесс разрушения горных пород и минералов. Совокупность явлений химического и физическогоразрушения пород иминералов носит общее назва-

ние выветривание.

Продукты выветривания могут переноситься водными и воздушнымипотоками назначительныерасстояния. Некоторыеминералыипо-

21

родыприэтоммогутпереходитьврастворимигрироватьврастворенном виде, достигаяморейиокеанов. Вопределенныхместахземнойкорыэти продуктысоответственноихгидродинамическойигидрохимическойактивностибудутвыпадатьвосадок. Этотпроцессноситназваниеосадоч-

ный.

Процессывыветриванияприводяткмеханическомуразрушению ихимическомуразложениюпородиминералов. Агентамивыветривания являются вода и ветер, колебания температуры, кислород и углекислый газвоздуха, жизнедеятельностьмикроорганизмов. Интенсивностьвыветривания зависит от климата, рельефа местности, химического состава разрушаемых пород и минералов.

Врезультатефизическоговыветриванияпроисходитмеханическое разрушение пород и минералов – их дезинтеграция. Образующийся обломочныйматериаллибоостаетсянаместе, либопереноситсяводнымии воздушными потоками. Новых минералов при этом не образуется.

Прихимическомвыветриваниипроисходитхимическоеразложениеминералов, иобразуютсяновыеминералы, устойчивыевновыхусловиях. Следуетотметить, чтопри разложениипород, содержащихсиликатыиалюмосиликаты, происходитвыносрастворимыхпродуктов(солиK, Na, Ca, Mg), а труднорастворимые – глинозем и кремнезем (Al2 O3 и Si О2) остаются на месте.

Средипроцессовхимическогоразложенияминераловглавноезначение имеет процесс окисления, который осуществляется при наличии свободногокислорода, обычновприсутствииводы. Свободныйкислород атмосферыирастворенноговводевоздухаявляетсячрезвычайноактивным химическим реагентом. Наиболее интенсивно процессы окисления протекаютвотношенииэлементов, обладающихразличнойвалентностью ипоступающих наповерхностьЗемли(взонувыветривания) взакисной форме. Особенноэтокасаетсяжелеза– элементаширокораспространенного. Характернымпримеромокислительногопроцессаявляетсявзаимодействие кислорода и воды с сульфидами:

Пирит FeS2+ nO2+mH2O→ →FeSO4→Fe2(SO4)3→Лимонит Fe2O3 . nH2O

В первой стадии получается сульфат закиси железа FeSO4 , который, подвергаясь дальнейшему окислению, переходит в сульфат окиси железа Fe2(SO4)3 . Последний, в свою очередь, является неустойчивым и переходит в водную окись железа – лимонит. Таким образом, из пирита получаетсянаиболееустойчивоевусловияхповерхностиЗемлисоединение железа - лимонит.