Горные породы. Химические классы минералов

Химические классы минералов

По химическому составу минералы объединяются в классы, подразделяемые на подклассы и, далее, группы. Наибольшее распространение в земной коре получили восемь классов минералов.

1. Самородные минералы состоят только из одного химического элемента. Объединяют около 45 минералов самого разного происхождения, составляющих менее 0,1 % массы земной коры. Большинство имеет огромное хозяйственное значение (алмаз, графит, сера, золото, медь и др.). Физические характеристики самородных минералов отличаются большим разнообразием.

2. Сульфиды – сернистые соединения тяжелых металлов. Класс насчитывается около 250 минералов, составляющих 0,15 % массы земной коры. Образование сульфидов идет без доступа кислорода, большинство из них имеет гидротермальное происхождение. При окислении сульфиды легко переходят в окислы, карбонаты или сульфаты. Ценность сульфидов в том, что они являются рудами на цветные металлы, причем зачастую им сопутствует золото. Наибольшим распространением пользуются пирит (железный колчедан) FeS₂, халькопирит (медный колчедан) CuFeS₂, галенит (свинцовый блеск) PbS, сфалерит (цинковая обманка) ZnS, киноварь HgS и др. Подавляющему большинству сульфидов характерны металлический блеск, низкая и средняя твердость, высокая плотность.

3. Галогениды (галоидные соединения) являются солями галоидно-водородных кислот. Насчитывается около 100 представителей, как правило, гипергенного и гидротермального происхождения. Чаще всего встречаются соединения хлористые и фтористые, такие, как применяемые в химической промышленности галит NaCl (каменная соль), сильвин KCl (калийная соль). В оптике используется флюорит CaF₂. Галогениды отличаются стеклянным блеском, невысокими твердостью и плотностью, часто легкой растворимостью в воде.

4. Фосфаты образованы разного происхождения солями фосфорной кислоты. Класс насчитывает около 200 минералов, составляющих около 0,7 % массы земной коры. Чаще всего применяются для производства фосфорных удобрений магматического происхождения апатит Ca₅ (F, Cl) [PO₄]₃ и близкий к нему по составу, но гипергенного происхождения фосфорит (фосфат кальция). Фосфатам характерны невысокие показатели твердости и плотности.

5. Сульфаты представляют собой соли серной кислоты, накапливающиеся, в большинстве своем, в соленасыщенной водной среде. Сульфатам принадлежит большое породообразующее значение, они слагают около 0,1 % массы земной коры. Минералам свойственны низкая твердость, неметаллические разновидности блеска, светлая окраска. В земной коре широко распространены гипс CaSO₄ x 2H₂O, ангидрит CaSO₄, мирабилит (глауберова соль) Na₂SO₄ x 10H₂O.

6. Карбонаты являются солями угольной кислоты, насчитывают около 80 представителей. Карбонаты имеют огромное породообразующее значение в составе осадочных и метаморфических пород, составляют до 2 % массы земной коры. Отличительной особенностью карбонатов является их активное взаимодействие с соляной кислотой, сопровождающееся бурным выделением углекислого газа. Блеск большинства карбонатов стеклянный, твердость невысокая. Наиболее распространены такие представители, как кальцит CaCO₃, магнезит MgCO₃, доломит CaMg(CO₃)₂, сидерит FeCO₃.

7. Окислы и гидроокислы составляют до 17 % массы земной коры. Представители этого класса объединяют минералы разного происхождения и подразделяются, соответственно названию, на два подкласса: окислов, отличающихся высокой и средней твердостью, и гидроокислов, обладающих низкой твердостью. С другой стороны, названный класс можно разделить на окислы и гидроокислы кремния и окислы и гидроокислы металлов. Окислы и гидроокислы кремния обладают исключительно важным породообразующим значением: только на долю кварца SiO₂ приходится до 12% массы земной коры. Скрытокристаллические модификации кварца представлены разноокрашенными халцедонами. Среди водных окислов кремния необходимо назвать опал SiO₂ x nH₂O. Этим минералам соответственно характерен стеклянный или металлический блеск. Окислы и гидроокислы металлов обладают важнейшим рудообразующим значением. Для них свойственен, соответственно, металлический или матовый блеск. Наибольшее значение принадлежит таким минералам, как магнетит Fe₃O₄, гематит Fe₂O₃, лимонит Fe₂O₃ x nH₂O, корунд Al₂O, боксит Al₂O x nH₂O.

8. Силикаты и алюмосиликаты объединяют около 800 минералов, многим из которых принадлежит огромное породообразующее значение, ведь представители этого класса составляют до 80 % массы земной коры. Если же к числу силикатов относить и кварц, являющийся типичным силикатом по строению кристаллической решетки (но не по химическому составу), то доля превысит 90 %. Происхождение минералов данного класса разное. Основу кристаллической решетки в минералах составляет кремний-кислородный тетраэдр. В зависимости от сочетаний этих тетраэдров, все силикаты разделяются на большое количество групп.

– Островные силикаты сложены изолированными тетраэдрами. Самый распространенный представитель, имеющий огромное породообразующее значение – магматического происхождения оливин (MgFe)₂[SiO₄].

– Цепочечные силикаты объединяют минералы группы пироксенов, в которых тетраэдры соединены в непрерывные цепочки. Наиболее распространен породообразующий алюмосиликат авгит

(Ca, Na) (Mg, Fe²⁺, Al, Fe³⁺) [(Si, Al)₂O₆].

– Кольцевые силикаты обладают соединенными в замкнутые кольца тетраэдрами. Представитель – берилл Be₃Al₂[Si₆O₁₈].

– Ленточные силикаты содержат соединенные в обособленные ленты тетраэдры. Здесь выделяется группа амфиболов – минералов с непостоянным химическим составом, среди которых наиболее распространен породообразующий минерал роговая обманка.

– Листовые (слоевые) силикаты представлены минералами, в которых тетраэдры объединены в ленты, образующие единый непрерывный слой. Наибольшим распространением среди них пользуются такие породообразующие минералы, как слюды: бесцветный мусковит

KAl₂ (OH)₂ [AlSi₃O₁₀] и его мелкочешуйчатая разновидность серицит, черный биотит K(Mg, Fe)₃ (OH, F)₂ [AlSi₃O₁₀]. Кроме них часто встречаются метаморфического происхождения серпентин (змеевик) Mg₆(OH)₈ [Si₄O₁₀], тальк Mg₃(OH)₂ [Si₄O₁₀] и непостоянного состава хлориты. Эти минералы возникают при воздействии на ультраосновные породы горячих растворов и газов. Другая часть листовых силикатов образуется в результате гипергенеза – выветривания содержащих полевые шпаты и слюды магматических и метаморфических пород. Так возникают глинистые минералы каолин Al₄(OH)₈ [Si₄O₁₀], монтмориллонит (Mg₃, Al₂) [Si₄ O₁₀] (OH)₂ x nH₂O, бейделлит Al₂[Si₄O₁₀] (OH)₂ x nH₂O, нонтронит (Fe, Al₂) [Si₄O₁₀] (OH)₂ x nH₂O, а также гидрослюды – минералы непостоянного состава. Среди листовых силикатов выделяется также глауконит – водный алюмосиликат K, Fe, Al, образующийся в шельфовой зоне на глубинах 200 – 300 м.

– Каркасные силикаты представлены группами полевых шпатов и нефелина. Важнейшей из них является группа полевых шпатов, доля которых в массе земной коре достигает 50 %. Каркас полевых шпатов создан тетраэдрами, сцепленными всеми четырьмя вершинами. Группа подразделяется на калиево - натриевые и кальциево - натриевые полевые шпаты. Первые представлены ортоклазом K[AlSi₃O₈]. Вторые – разновидностями плагиоклазов, в которых наблюдается последовательное уменьшение содержания SiO₂. В соответствии с этим плагиоклазы включают ряд минералов: от натриевого (кислого по составу) альбита Na[AlSi₃O₈] – его сокращенная запись Ab, до кальциевого (основного) анортита Ca[AlSi₃O₈] – его сокращенная запись An. Промежуточное расположение занимает кальциево-натриевый (средний по составу) лабрадор Ab₅₀ An₅₀ – иризирующий плагиоклаз. Помимо полевых шпатов, в числе каркасных силикатов выделяют группу нефелина Na₃K[AlSiO₄]₄ – породообразующего алюмосиликата магматического и пегматитового происхождения.

Горныепороды – это минеральные агрегаты или органические останки, слагающие земную кору. Полиминеральными называют породы, состоящие из нескольких минералов, мономинеральными – состоящие из одного минерала. По условиям образования горные породы подразделяются на три типа: магматические, осадочные и метаморфические. Происхождение горных пород запечатлено в их структурах и текстурах. Под структурой понимают особенности внутреннего строения горной породы: степень ее кристалличности, форму и абсолютные и относительные размеры слагающих кристаллов или зерен. Текстурой называют сложение горной породы: особенности пространственного размещения слагающих ее частиц.

Магматические горные породы возникают из магматического расплава. В зависимости от места застывания магмы они подразделяются на интрузивные (глубинные), т. е. образующиеся в глуби земной коры, и на эффузивные (поверхностные), т. е. формирующиеся на поверхности при излиянии лавы. Интрузивам характерна полнокристаллическая структура, а эффузивам – неполнокристаллическая или даже стекловатая. В силу неоднородности магматических расплавов, магматические породы также отличаются по химическому, а, следовательно, и по минералогическому составу. Главным критерием разделения является содержание в породе кремнезема SiO₂ , что чисто внешне проявляется в окраске породы: чем выше содержание кремнезема, тем светлее порода.

Кислые породы очень светлые, содержат более 65 % SiO₂, состоят, в основном, из кварца и ортоклаза. Представлены группой гранита – липарита (риолита).

Средние породы несколько темнее, содержат 65 – 52 % SiO₂ . Состоят из ортоклаза или натриево-кальциевых плагиоклазов и включают до 30 % темноцветных минералов (биотит, роговая обманка, авгит). Представлены группами сиенита – трахита и диорита – андезита.

Основные породы темные, содержат 52 – 45 % SiO₂. Состоят из основных плагиоклазов и пироксенов. Представлены группой габбро – базальта.

Ультраосновные породы черные, темно-зеленые, содержат менее 45 % SiO₂ . Сложены оливином и пироксенами, практически лишены полевых шпатов. Представлены группой дунита – пикрита.

Осадочные горные породы накапливаются на земной поверхности, занимают свыше 75 % площади поверхности суши. Более 95 % их объема накопилось в морских условиях. Большинству осадочных пород характерна слоистая текстура, отражающая периодичность осадконакопления. Характер слоистости зависит от конкретных условий протекания процесса, а первостепенным из них является динамика среды. Так, в стоячей воде возникает горизонтальная слоистость, а в речном потоке – наклонная. Еще одним характерным текстурным признаком является пористость, которую, в зависимости от размера пор, подразделяют на грубую, крупную, мелкую и тонкую. По происхождению осадочные породы можно разделить на пять групп.

Обломочные (кластические) породы формируются в результате механического разрушения любых других горных пород. Они классифицируются по трем признакам. 1. По размеру (диаметру) обломков: грубообломочные (псефиты), среднеобломочные (псаммиты) и мелкообломочные (алевриты). 2. По форме обломков: угловатые (щебень) и окатанные (галька). 3. По наличию цемента: рыхлые (песок) и сцементированные (песчаник).

Глинистые породы (пелиты) состоят из мельчайших частиц, диаметр которых менее 0,01 мм. Большая часть их возникает благодаря процессам химического выветривания. Накопление глин связано с осаждением вещества из коллоидных растворов, в силу чего глинам характерна тонкая горизонтальная слоистость. При дегидратации глин возникают плотные, не размокающие в воде аргиллиты.

Хемогенные породы возникают при кристаллизации вещества из перенасыщенных водных растворов. В большинстве своем хемогенные породы мономинеральны: состоят из минералов классов карбонатов (хемогенные известняки), сульфатов (гипс и ангидрит), галогенидов (соли каменная и калийная) и др. Хемогенным породам свойственна полнокристаллическая (кристаллически-зернистая) структура: от крупно- до тонкокристаллической, и, даже, скрытокристаллической. Текстура их как слоистая, так и однородно-массивная.

Органогенные породы формируются благодаря накоплению продуктов жизнедеятельности организмов: прежде всего морских и, в меньшей степени, пресноводных беспозвоночных. Некоторые органогенные породы возникают в результате скопления растительных останков (торф). По минеральному составу преобладают карбонатные (известняк - ракушечник, мел), реже встречаются кремнистые (диатомит) и другого состава органогенные породы. В числе характерных структур необходимо назвать биоморфную (порода состоит из ненарушенных скелетов), детритусовую (порода состоит из раздробленных скелетов), биоморфно - детритусовую (порода сложена как целыми, так и разрушенными скелетами). Текстура органогенных пород слоистая и пористая.

Осадочные породы смешанного происхождения имеют сложный состав и возникают при совместном воздействии разных процессов. Среди смешанных пород следует назвать мергель, опоку.

Метаморфические горные породы возникают в результате глубокого преобразования ранее образовавшихся магматических, осадочных и метаморфических пород. Минеральный состав метаморфических пород зависит от условий метаморфизма и состава исходных пород. Главными породообразующими минералами выступают магматогенные минералы ряда Боуэна, унаследованные от осадочных пород карбонаты, а также типично метаморфогенные гранаты, тальк, турмалин и др.

Всем метаморфическим породам свойственна полнокристаллическая структура, которая подразделяется на крупно-, средне-, мелко-, тонко- и скрытозернистую. Кроме того, в зависимости от формы слагающих кристаллов, выделяют структуры порфиробластовую (кристаллы угловатые) и гранобластовую (порода состоит из округлых зерен) Текстуры метаморфических пород отличаются большим разнообразием: сланцеватая текстура проявляется в параллельно-слоистом расположении пластинчатых минералов; полосчатая (гнейсовая) текстура выражается в чередовании неоднородных по мощности слоев разного минерального состава; плойчатая текстура возникает при смятии породы в тонкие складки; очковая текстура характеризуется наличием светлоокрашенных полос, расширяющихся в виде овалов.

Более детальный анализ горных пород приводится в разделах, характеризующих геологические процессы.

Дата добавления: 2013-12-12