Понятие о геологический процессах

Источником природных каменных материалов является Земля – третья от Солнца планета Солнечной системы. Твердое тело Земли имеет концентрическое строение и в нем выделяют три геосферы (рис. 3.1): земную кору (глубина от 3 до 80 км), мантию (глубиной до 2900 км) и ядро.

Земная кора непосредственно примыкает к верхней части мантии – литосфере (от греч. «литос» – камень, «сфера» – оболочка). За счет теплоты радиоактивного распада вещества в недрах Земли мантия находится в пластичном состоянии и в ней образуются очаги расплавленного материала – магма. При выходе этих очагов на поверхность земли образуются вулканы, через которые изливается магма, получившая название лава. В верхней части земной коры располагается гидросфера (моря, реки, озера, льды), а над ней – атмосфера (газовая оболочка Земли мощностью до 1300 км).

Рис. 3.1. Оболочка Земли

Энергия, порождаемая внутренними процессами земли, приводит к эндогенным процессам, таким как:

● магматизм (подъем к верхней части земной коры магмы);

● вулканизм (извержение на поверхность расплавленных лав, газообразных и твердых продуктов);

● горообразование (в результате тектонических движений);

● землетрясения (вследствие тектонических движений, вулканизма, падения крупных метеоритов).

Энергия Солнца вызывает в атмосфере, гидросфере и верхней части земной коры такие экзогенные процессы, как разрушение поверхности Земли под действием ветра, воды и различных организмов.

Под влиянием протекающих в течение миллионов лет преимущественно эндогенных процессов в земной коре образовались три слоя в виде (рис. 3.2.):

● осадочного чехла (покрывает 75 % поверхности Земли и может достигать многих километров);

Пример:в озере Байкал глубина достигает 1,6 км, а осадочные отложения – 7,5 км.

● гранитоподобного слоя (или сиаль: от содержания преобладающих в нем элементов “си” – от силициум (кремний) и “аль” – алюминий);

● базальтоподобного слоя (или сима: “си” – от силициум и “ма” – магний).

Как показано на рис. 3.2, слой осадков находится как на суше, так и под океаном, гранитоподобный слой залегает только в пределах суши, а базальтоподобный – как в пределах суши, так и океана.

Рис. 3.2. Внутреннее строение земной коры

Поверхностный слой земли под влиянием экзогенных, эндогенных и техногенных (вызванных деятельностью человека) процессов находится в постоянном изменении. К наиболее активным на Земле процессам относится выветривание.

Определение: выветривание – это процесс разрушения горных пород и строительных материалов, изменение их минерального состава и строения.

Пример: разрушение гранитов может происходить на глубину до 30 м, известняков – до 60 м и глинистых пород – до 120 м.

Различают следующие виды выветривания горных пород и строительных материалов:

● физическое – протекает под воздействием физических факторов (перепада температур, замерзания воды, кристаллизации солей, разработки карьеров и т.д.) и приводит к механическому дроблению материалов без изменения их химического состава;

Пример: в Альпах на высоте 4000 м температура в сутки изменяется от + 30 ^оС днем до - 15 ^оС ночью, т.е. перепад температур составляет 45 ^оС.

● химическое – выражается в разрушении материалов с изменением [при гидролизе и гидратации (действие воды), карбонизации (действие углекислоты), окислении (действие кислорода воздуха)] или без изменения (при растворении) химического состава материала;

● биологическое – проявляется в разрушении материалов в процессе жизнедеятельности живых организмов и растений.

Основные понятия минералогии

Минералогия – это наука, занимающаяся изучением минералов.

Определение: минералы (от лат. “минера” – руда)– природные химические соединения или самородные элементы с постоянными физико-механическими свойствами.

Минералы образуются в результате геохимических процессов, протекающих в земной коре. Всего диагностировано более 7000 минералов, из которых только около 50 входят в состав горных пород и называются породообразующими минералами.

Подчеркнем, что горные породы состоят из минералов. Каждый минерал имеет определенное внутреннее строение, свой химический состав, присущие только ему внешние признаки, свои оптические и физические свойства. Минерал может существовать лишь в определенных природных условиях. При изменении этих условий он видоизменяется и может полностью разрушаться.

Минералы классифицируют по следующим признакам:

● по частоте встречаемости в земной коре:

а) редкие;

б) породообразующие;

● по способу образования, т.е. генезису, вследствие протекания в земной коре:

а) эндогенных процессов образования минералов в глубине земной коры:

- магмагенного (при остывании магмы у поверхности земли происходит ее дифференциация, кристаллизация и затвердевание);

- гидротермального (при остывании магмы образуется насыщенная компонентами вода, из которой при снижении температуры и давления и осаждаются минералы);

- газовыделения (или пневматолитического – при остывании магмы выделяются газы – сероводород H₂S, фтористый водород HF и др., которые при низких температурах и давлении образуют минералы);

б) экзогенных процессов образования минералов на поверхности земной коры:

- выветривания (см. выше его определение и виды выветривания);

- выпадения минералов из водных растворов (из рек, озер, морей и т.д. при испарении воды или перепадах температур);

- биогенного формирования (морские водоросли поглощают углекислый кальций и при их отмирании образуется минерал кальцит, диатомовые водоросли используют кремнезем и при их отмирании образуется минерал опал и др.);

в) метаморфических процессов образования минералов на некоторой глубине земной коры (когда минералы эндогенного и экзогенного генезиса, попадая под действие других температур и давлений, видоизменяются – дают новые минеральные образования при их разрушении и перекристаллизации).

● по внешней форме (кристаллографическая классификация);

● по внутренней форме (структуре) и химическому составу (кристаллохимическая – основная для материаловедения классификация).

Последние два вида классификации минералов связаны с их внутренним строением, в зависимости от которого минералы подразделяют на:

● аморфные (рис. 3.3а) – слагающие минерал химические элементы расположены в нем беспорядочно (для них характерна неправильная форма и изотропия - независимость свойств минерала от выбранного в нем направления);

● кристаллические (рис. 3.3б) – слагающие минерал химические элементы расположены в нем в строго определенном порядке, образуя пространственную кристаллическую решетку (для них характерна правильная форма и анизотропия - зависимость свойств минерала от выбранного в нем направления).