Минералы и горные породы – строительные материалы природы.

В первой главе мы выяснили как образуются горы. Теперь кратко остановимся на том, из чего они сложены. Геологи называют природные материалы, составляющие земную кору, минералами и горными породами.

Минералом называется природное тело, представляющее собой химическое соединение или самородный элемент. К минералам относятся всем нам известный кварц и такие его разновидности, как горный хрусталь, кремень, халцедон. Минералами являются слюда, золото, самородная медь и ее соединения: малахит, куприт, медный колчедан. К ним же относятся состоящие из углерода алмаз, графит, руды металлов, вода и многие другие вещества. Геологам известны свыше двух тысяч минералов. Некоторые из них: кварц, полевые шпаты, апатит, различные слюды образуются при кристаллизации расплавленной магмы. В этом случае говорят об их магматическом происхождении.

При внедрении магмы в земную кору впереди нее по трещинам поднимаются раскаленные парогазовые смеси – гидротермы. В их состав входят не только вода и, привычные для нас, азот, кислород, углекислый газ, но и другие вещества, например, окись кремния, окислы серы и различных металлов. При высоких температурах и давлении, характерных для земных недр, они превращаются в пар или становятся растворимыми в воде. По мере подъема газообразная смесь расширяется, остывает и, постепенно конденсируясь, превращается в сильно перегретую жидкость. При понижении температуры, падает растворимость веществ в оде и газовой смеси. При этом на стенках трещин начинают осаждаться природные окислы и соли, иногда образуя великолепные кристаллы. Минералы, получившиеся таким путем, называются гидротермальными. Основной минерал гидротермальных жил – кварц. Белые кварцевые жилы, вкрапленные в скальные породы – признак интересного для геолога и коллекционера участка. Гидротермальным путем образуются кварц и его разновидности: прозрачный горный хрусталь, фиолетовый аметист, голубовато-серый халцедон, полосатый агат, а также руды многих ценных металлов.

В процессе различных тектонических подвижек, внедрения магмы под влиянием высоких температур и давления образуются такие минералы, как гранат, алмаз, дистен, апатит. Это минералы метаморфического комплекса.

Находящиеся в растворах химические вещества, вступая с окружающими минералами в реакции замещения, образуют новые минералы. Это – метасоматический тип образования. Нередко метасоматические минералы принимают форму кристаллов или агрегатов первичных материалов. Так, например, хорошо известные белемниты, "чертовы пальцы", имевшие известковый скелет, теперь состоят из соединения кремния. Это касается и ископаемых раковин, а иногда и целых древесных стволов. К метасоматическим относятся широко распространенный кремень, опал, нефрит, лазурит, а также всем известная накипь, засоряющая трубы. С метасоматозом связано образование подмосковных агатов, аметистов, горного хрусталя.

Горной породой называется природный агрегат одного или нескольких минералов. В подавляющем большинстве случаев, минералы встречаются в составе горных пород. В чистом виде они довольно редки. По типу образования породы делятся на магматические, осадочные и метаморфические.

Магматические породы образуются при застывании расплавленной магмы. Хотя температуры в глубинах Земли достаточны для плавления минералов, из-за высокого давления породы в мантии и более глубоких слоях содержатся в непривычном для нас пластичном виде. При этом они, как каша в автоклаве (скороварке) пребывают в перегретом состоянии. Туристам хорошо известно, что при срыве крышки автоклава, перегретая каша мгновенно вскипает, "вскипает" и газированная вода при снятии крышки. Похожие явления происходят и в земной коре, если в ней по какой-то причине образуется разлом. Давление в зоне падает, породы переходят в жидкое состояние, а вес вышележащих слоев выжимает расплав вверх по трещинам. Жидкая магма проплавляет и разрывает лежащие вверху горные породы и, двигаясь к поверхности, по мере подъема, остывает. Если ее движение прекращается на большой глубине, когда вся она была еще жидко, то при застывании образуются интрузивные тела или батолиты, в которых породы полностью и равномерно раскристаллизованы. Так образуются равномерно зернистые породы: гранит, диорит, габбро и другие (рис. 6а).

Рисунок 6

Если магма во время подъема успевает достаточно остыть, в ней начинается кристаллизация минералов, разумеется, в начале более тугоплавких. Возникшие кристаллы, двигаясь вместе с расплавом, постепенно растут. Затем движение магмы прекращается и начинается равномерная раскристаллизация всех прочих материалов. Но температура окружающих пород здесь ниже, поэтому остывание магмы идет быстрее, и кристаллы легкоплавких материалов получаются мелкими. Так образуются неравномерно зернистые породы, называемые порфирами (рис. 6б). Увидеть такие породы можно на станциях московского метро. Например, станция Проспект мира облицована серым диорит-порфиром со следами течения магмы, станция Рижская – гранит-порфиром, станция Алексеевская – красным гранитом и черным габбро.

Если магма достигла поверхности, то ее остывание происходит очень быстро. Излившуюся на поверхность магму называют лавой, а возникшие при ее застывании породы – эффузивными. Если глубинные, называемые интрузивными, породы застывают десятки, сотни, а иногда и тысячи лет, то эффузивные – максимум за месяц. При этом раскристаллизация произойти не успевает. А если до момента излива в магме уже были кристаллы, то они так малы, что видны лишь под микроскопом. Остальная часть минералов застывает в виде вулканического стекла. Это – афанитовая структура, которую имеет, например, базальт. Если в магме успели образоваться крупные кристаллы тугоплавких пород, они остаются вкраплениями в однородной массе. Это – порфировая стурктура. Ее имеет, например, диабаз, он же базальтовый порфирит – базальт с крупными вкраплениями полевого шпата. Если же предварительной раскристаллизации не было, образуется вулканическое стекло – обсидиан.

Теперь немного о составе горных пород. Как уже говорилось, известно свыше двух тысяч минералов, но, в основном, горные породы состоят из кварца, полевых шпатов, слюд, роговой обманки, пироксена и некоторых других. Эти минералы принято называть породообразующими. В зависимости от содержания в породообразующих минералах окиси кремния или окислов кальция, магния, калия, железа, алюминия, породы различаются по кислотности и цвету. Чем кислее порода, тем она светлее. Различают кислые, средние, основные и ультраосновные породы. Поскольку минералы с большим содержанием двуокиси кремния (кремнезема) имеют светлые тона, то по цвету можно приблизительно понять, с какими породами мы имеем дело.

К кислым породам относится интрузивный гранит и его эффузивный аналог – липарит. Здесь темноцветных минералов менее 10%. К средним порода относят диорит и его аналог – андезит, содержащие около 30% темноцветных материалов. К основным – габбро и базальт – 50% темноцветных минералов. Ультраосновные породы достаточно редки. Они содержать до 90% темноцветных материалов. К ним относятся пироксенит, перидотит и, хорошо известный по синим блесткам на черном фоне в облицовке памятников и станций метро – лабрадорит.

Осадочные породы возникают при разрушении или, иначе, при выветривании магматических и метаморфических пород. К ним относятся и биогенные породы, среди которых мел, ракушечник и известняк, различные руды, фосфориты, уголь и нефть. В результате физического (механического и температурного) выветривания образуется материал осыпей, морен, залежи песка и глины. Химическое выветривание и вымывание природными растворами приводит к образованию и кристаллизации кальцита, гипса, фосфоритов.

Метаморфические породы возникают при воздействии температуры и давления на ранее существовавшие породы. Отличительной чертой большинства метаморфических пород служит их слоистая, сланцеватая структура. При метаморфизации глина слеживается, превращаясь в мягкие филлитовые сланцы, затем начинаются изменения в ее минеральном составе, и образуются хлоритовые (от греческого "хлорос" – зеленый) сланцы. При достаточно высоких температурах и давлении возникают слюдяные и кристаллические сланцы. Им часто сопутствуют гранаты и дистен. Железистые глины превращаются в железистые сланцы или джеспилиты, широко распространенные, например, на Криворожском месторождении железных руд.

При метаморфизации песка возникает песчаник, затем кварцит и, при определенных условиях, гнейсовидный сланец, мало отличающийся на вид от магматических пород. Кстати, если воздействию высоких температур и давления подвергается гранит, из него образуется гнейс – кристаллическая порода, имеющая слоистую структуру.

При метаморфизации моренных отложении образуются конгломераты, а осыпей – брекчии. Примером искусственной брекчии служит строительный бетон с наполнителем из щебня. Тот же бетон, но с наполнителем из гальки, можно назвать искусственным конгломератом.

При метаморфизации известняка образуется мрамор, древесной смолы – янтарь. Особые породы возникают на контакте расплавленной магмы с окружающими (вмещающими) породами. Здесь образуются роговики, грейзены и скарны. Наиболее часто в подобных образованиях встречаются такие минералы, как гранаты, горный хрусталь. К этим образованиям нередко приурочиваются месторождения полезных ископаемых, например, Тырныаузское вольфрамит-шеелитовое месторождение на Кавказе.

Сведения о минералах и горных породах для туристов не обязательны, но тем, кто в горах интересуется не только техническими сложностями и окружающими пейзажами, иногда полезно взглянуть под ноги. И, если увиденное не оставит их равнодушными, мы рекомендуем обратиться к учебникам геологии, минералогии и петрографии, а также к многочисленным определителям минералов и горных пород.