Тема 1. 3. Минералы и горные породы

1. Минералы и их группы в зависимости от условий образования.

Элементы, слагающие земную кору, находятся в различных соединениях между собой. Эти природные соединения называются минералами. Они возникли в результате разнообразных физико-химических процессов, протекающих в Земле и её географической оболочке.

Минералы – это вещества литосферы, однородные по составу и строению, которые состоят из отдельных химических элементов.

Количество минералов в составе земной коры превышает 2 500 видов, однако лишь несколько десятков их встречается в значительных количествах в составе горных пород. Эти минералы называют породообразующими. Большинство минералов представлено твёрдыми кристаллическими телами, реже твёрдыми аморфными телами, совсем редко жидкими и даже газообразными телами.

В зависимости от условий образования минералы делятся на три группы:

Эндогенные минералы образуются при остывании магмы под поверхностью литосферы в условиях высоких температур и давления, а также при выпадении твёрдого вещества в осадок.

Экзогенные минералы образуются на поверхности литосферы в условиях низких температур

и давления путём разрушения пород, деятельности живых организмов и выпадения в осадок солей.

Метаморфогенные минералы образуются при перемещении эндогенных и экзогенных минералов на глубину где они, оказавшись в новых условиях, превращаются в другие минералы.

2. Физические свойства минералов.

Минералы различаются по их физическим свойствам, к числу важнейшим из которых относятся блеск, спайность и излом.

Блеск – это способность минералов отражать свет. Он бывает металлическим, стеклянным, алмазным, перламутровым, смоляным, жирным и матовым.

Спайность – это способность минералов колоться по плоскостям в определённых направлениях.  Спайность  бывает:   1)   весьма  совершенная   –   когда  минералы  раскалываются  на

листочки и пластинки; 2) совершенная – когда минералы раскалываются на обломки с плоскими поверхностями, а неровные поверхности обнаруживаются с трудом; 3) средняя – когда минералы при раскалывании на обломки имеют как плоские поверхности, так и неровные поверхности;                   4) несовершенная – когда минералы раскалываются на неровные поверхности, а плоские поверхности обнаруживаются с трудом; 5) весьма несовершенная – когда минералы при раскалывании вообще не образуют плоских поверхностей.

Излом – это вид поверхности, получающийся при разбивании минералов. Излом бывает:       1) раковистый – представляет собой углубления, напоминающие раковину; 2) зернистый – создаёт впечатление зернистой поверхности с мелкими выступами и впадинами; 3) занозистый – характеризуется поверхностью, покрытой заострёнными неровностями; 4) крючковатый – характеризуется неровностями, похожими на крючки; 5) землистый – имеет матовую поверхность.

 

3. Горные породы и их группы по происхождению.

Изучением горных пород занимается наука петрография. В земной коре минералы распределены не беспорядочно. Они объединяются в некоторые естественные агрегаты, называемые горными породами.

Горные породы – это вещества литосферы, которые состоят из различных механических соединений минералов.

По происхождению выделяют три группы горных пород:

Магматические горные породы образуются из расплавленной магмы при её застывании. По происхождению они бывают интрузивные (возникшие при медленном застывании магмы в литосфере на глубине) и эффузивные (образующиеся при излиянии магмы на поверхность в виде лавы с её быстрым остыванием).

Осадочные горные породы образуются на земной поверхности в результате разрушения и отложения  горных  пород,   выпадения   минерального  вещества  из  водных  растворов  и  остатков

жизнедеятельности живых организмов. По происхождению они подразделяются на обломочные (образуются путём механического дробления и накопления разрушенных горных пород), химические (образуются в результате различных химических реакций и выпадения в осадок растворённых веществ из воды) и органические (образуются в результате жизнедеятельности животных и растительных организмов).

Метаморфические горные породы образуются при перемещении магматических и осадочных горных пород, которые опускаясь в недра литосферы, под воздействием высоких температур и давления, изменяют свой минеральный и химический состав.

 

4. Физические свойства горных пород.

Земная кора состоит из весьма разнообразных горных пород, состоящих из не менее разнообразных минералов. При изучении горной породы прежде всего исследуют её химический и минеральный состав. Но этого недостаточно для полного познания горной породы. Одинаковый химический и минеральный состав могут иметь горные породы различного происхождения, а следовательно, и различных условий залегания и распространения. Поэтому, для того чтобы дать полную характеристику горной породы, надо изучить не только её химический и минеральный состав, но и другие особенности, а именно структуру и текстуру.

Структура горных пород определяется взаимным пространственным расположением частиц минералов. Структуры бывают: 1) зернистые – свойственны горным породам, образующихся на глубине, которые медленно остывая, успевают кристаллизоваться полностью; 2) порфировые – характерны для горных пород, которые частично кристаллизуются на глубине а затем,  излившись на

поверхность, быстро остывают, образуя плотную основную массу; 3) стекловатые – характерны для горных пород, которые образуются при излиянии магмы в виде лавы на поверхность, которая остывает настолько быстро, что кристаллы не успевают вырасти, и она превращается в однообразную стекловатую массу.

Текстура определяется характером расположения минералов в горных породах. Текстуры бывают: 1) однородные – в них минералы располагаются без определённой ориентировки и называются массивными; 2) неоднородные – бывают пористые, слоистые и сланцеватые.

5. Выветривание, его главные факторы и виды.

Выветривание – это процесс разрушения и химического преобразования горных пород и минералов.

Главными факторами выветриванияявляются колебание температур, работа ветра, воды, ледников и живых организмов, под воздействием солнечной энергии.

Виды выветривания:

Физическое выветривание приводит к механическому раздроблению горных пород и минералов на обломки различных размеров, под воздействием перепада температур, в результате чего в породах образуются трещины, по которым и происходит разрыв монолитных масс на части, а трения, удары, вода и ветер ещё больше размельчают обломки пород.

Химическое выветривание заключается в коренном преобразовании горных пород и минералов,  изменении  их  химического  состава  под  воздействием  воды,  с  растворёнными  в ней

веществами, а так же кислорода и углекислого газа атмосферы.

Органическое выветривание приводит к механическому дроблению горных пород и минералов, и их химическому преобразованию в результате жизнедеятельности живых организмов.

Образование горных пород, их выветривание, являются звеньями цепи круговорота веществ в литосфере.

Схема круговорота веществ в литосфере многократно повторяется. Эти процессы имеют определённое поступательное движение, так как при цикличных изменениях в природе не происходит полного повторения пройденных этапов развития. В каждом цикле имеются изменения в количестве и составе веществ, участвующих в круговороте.

Тема 1.4. ЗАЛЕГАНИЕ ГОРНЫХ ПОРОД И МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ИХ ВОЗРАСТА

1. Формы и варианты залегания горных пород.

Условия образования горных пород и особенности развития литосферы в течение геологической истории Земли определяют формы залегания.

Формы залегания горных пород можно разделить на:

1) Первичные – которые соответствуют тому пространственному положению, которое горные породы заняли в литосфере при их образовании.

Для горных пород характерной первичной формой залегания является горизонтально лежащий слой или пласт. Чередование различных слоёв называется слоистостью. Горизонтальное залегание слоёв связано с отложением осадков в условиях выровненных участков морского дна, низменных континентальных равнин (Прикаспийская, Амазонская низменности и др.) и вулканических плоскогорий (Среднесибирское, Бразильское плоскогорья и др.). Если же осадки откладываются на наклонной поверхности, то тогда первичное залегание слоёв осадочных пород будет наклонным.

2)   Вторичные – которые возникают при перемещении горных пород в другие места.

При наличии в литосфере различных по возрасту слоёв горных пород возможны следующие варианты их залегания:

1) Стратиграфическое согласное залегание – характеризуется постепенной сменой слоёв горных пород, залегающих друг над другом.

2) Стратиграфическое несогласное залегание – проявляется тогда, когда в толще залегающих слоёв горных пород отсутствует один или несколько из них.

3) Структурное угловое залегание – проявляется тогда, когданижние и верхние слои горных пород имеют различные углы наклона и в зоне контакта сминаются в складки.

2. Основные разновидности и виды складок.

Складками называют волнообразные изгибы слоистых горных пород, которые образуются в результате пластических деформаций их под воздействием внутренних сил Земли. Совокупность складок называется складчатостью.

Основными разновидностями складок являются:

1) Антиклинали – это складки, обращённые выпуклостью вверх.

2) Синклинали – это складки, обращённые выпуклостью вниз.

В каждой складке выделяют её ось и крылья, по положению которых складки бывают следующих основных видов:

1) Прямая – характеризуется вертикальной осью и одинаковыми углами наклона крыльев.

2) Косая – характеризуется наклоненной осью, с одинаковыми или разными углами наклона крыльев.

3) Лежачая – характеризуется горизонтальным расположением оси с одинаковыми или разными углами наклона крыльев.

4) Флексура – это переходная форма от складки к разрывным нарушениям.

Складкообразование, наиболее полно проявляющееся в подвижных зонах земной коры – геосинклинальных областях, обычно сопровождается разрывными нарушениями, интрузивным и эффузивным вулканизмом. Все эти процессы усложняют структуру складчатых областей и проявление складчатых структур в рельефе.

 

3. Основные формы разрывных нарушений залегания горных пород.

Разрывные нарушения – это различные тектонические нарушения непрерывности залегания горных пород, часто сопровождающееся перемещением разорванных частей геологических тел относительно друг друга. Простейшим видом разрывов являются единичные более или менее глубокие трещины.

Разрывы со смещением блоков горных пород отличаются большим разнообразием формы трещин и их взаимного расположения. Здесь выделяют: сдвиги, сбросы, надвиги, грабены, горсты и некоторые другие образования.

1. Сдвиг – это смещение масс горных пород вдоль разломов по горизонтали.

2. Сброс – это смещение масс горных пород вдоль разлома по вертикали.

3. Надвиг – это надвигание одних масс горных пород на другие по наклонной плоскости.

4. Грабен – это система двух трещин, между которыми массы горных пород опустились вниз.

5. Горст – это система двух трещин, между которыми массы горных пород поднялись вверх.

Кроме отмеченных разрывных нарушений, в толщах земной коры наблюдаются также разрывы, которые называются глубинными разломами. Они достигают в длину сотен, иногда и тысяч километров и уходят в глубь земли на десятки километров.

Обычно разрывные дислокации приурочены к тектонически активным районам земного шара, где многочисленные разломы разбивают толщи горных пород на отдельные глыбы, имеющие разную степень подвижности. Поэтому разрывные нарушения часто имеют сложный, ступенчатый характер.

4. Системы геологического летоисчисления определения возраста горных пород и их методы.

Для правильного понимания структур земной коры и в целях выявления рационального направления поисков полезных ископаемых очень важно определить время образования горных пород и минералов, слагающих пласты земной коры.

В геологии существуют две системы геологического летоисчисления возраста горных пород – относительная и абсолютная.

Относительная   система     геологического летоисчисления определяет  возраст  горных  пород  по  расположению  слоёв  и наличия органических остатков. Наиболее распространёнными являются два метода: стратиграфический и палеонтологический.

1) Стратиграфический метод определения возраста горных пород заключается в изучении последовательности расположения слоёв горных пород, исходя из того, что каждый нижележащий слой старше вышележащего.

2) Палеонтологический метод определения возраста горных пород базируется на изучении находящихся в слоях горных пород оканемевших остатков вымерших животных и растений. Поэтому чем более примитивные организмы встречаются в слоях горных пород, тем они старше.

Абсолютная система определяет возраст горных пород по содержанию в них продуктов распада радиоактивных химических элементов. Наиболее распространёнными являются три метода: свинцовый, аргоновый и углеродный.

1) Свинцовый метод основан на определении содержания в горных породах радиогенного свинца, который является конечным продуктом распада радиоактивных элементов урана и тория. Зная скорость распада урана и тория и их процентное отношение к свинцу, можно установить возраст слоёв.

2) Аргоновый метод основан на определении содержания в горных породах радиогенного аргона,  который  является  конечным  продуктом  распада радиоактивного изотопа калия с атомным весом 40. Зная скорость распада изотопа калия 40 и его процентное отношение к аргону, можно установить возраст слоёв.

3) Углеродный метод основан на определении содержания в горных породах радиогенного изотопа углерода с атомным весом 14, который находясь в атмосфере сначала усваивается растениями и накапливается в них, а затем при их отмирании попадает в почву, где его количество постепенно уменьшается вследствие распада. Зная скорость распада углерода-14 и наличие его количества в окаменелостях растительных организмов, можно определить возраст слоёв.

 

 

Учебное занятие №3