Меню

Образования минералов в реках

Geolib.net

Справочник по геологии

Процессы минералообразования

Образование минералов и горных пород в природе происходит различными способами, и процессы их образования (генезис), преобразования и распада происходят в соответствии с физико-химическими условиями в земной коре и на ее поверхности.

Возникающие в результате минералы обладают химическим составом и физическими свойствами, которые находятся в равновесии с физико-химическими и биологическими условиями (температурой, давлением и концентрацией элементов) окружающей их обстановки. Если изменяются эти условия целиком или частично, то происходит преобразование или разрушение минерала.

Поэтому одно и тоже химическое соединение в разных физико-химических природных обстановках может быть представлено минералами одинакового химического состава, но с различными кристаллическими решетками и физическими свойствами (явление полиморфизма), как, например, алмаз, графит, имеющие один и тот же химический состав – С (углерод).

Генезис минералов и горных пород определяется геологическими процессами, формирующими земную кору. Последние, в зависимости от места их возникновения, физико-химических и биологических условий среды, разделяются на эндогенные, экзогенные и космогенные.

Эндогенное образование минералов и горных пород

К эндогенным (внутренним) геологическим процессам относятся процессы, происходящие внутри Земли за счет энергии, выделяемой в процессе преобразования вещества в глубинных зонах Земли (главным образом при распаде радиоактивных элементов), а также в результате действия силы тяжести (притяжения Луны и Солнца), вращения Земли вокруг оси, прецессии, нутации земной оси, движения по эллиптической орбите и, отчасти, за счет солнечной энергии. Этому сопутствуют высокие температуры и большие давления в недрах Земли.

Эндогенные процессы сводятся к движению и перераспределению вещества, слагающего Землю, к переходу его из одного состояния в другое при магматизме, тектонических движениях и метаморфизме. Они проявляются внедрением в земную кору глубинного силикатного расплава сложного состава, образованием больших разломов земной коры, протяженностью в тысячи километров и достигающих глубин в несколько сотен километров, формированием грандиозных складчатых систем (Альпы, Кавказ, Гималаи и др.), колебательными движениями земной коры, извержениями вулканов, землетрясениями, физико-химическими преобразованиями.

Эндогенные процессы проявляются в изменении строения земной коры, образовании в ее составе и на ее поверхности различных изверженных пород (граниты, базальты и др.). Они сопровождаются созданием новых форм рельефа земной поверхности и вовлечением в геологические процессы новых химических элементов глубинного происхождения в соединениях (минералах), которые оказывается неустойчивыми в поверхностных условиях.

Образовавшиеся в результате эндогенных процессов минералы способны сохранять свой состав и свойства только при сохранении условий, в которых они сформировались. При перемене температур, высоком давлении, активизации биохимических процессов возникшие минералы будут изменять свой состав и свойства, приспособляя свою структуру к новой обстановке.

Общепринято, что периодически в разных участках земной коры и верхней мантии отдельные объемы вещества переходят в расплавленное состояние, образуя магматические очаги. Находящаяся в них под большим давлением магма способна внедряться в земную кору, образуя различные изверженные (интрузивные) породы, или даже изливаться на поверхность при вулканических извержениях (эффузивные породы). Эндогенные процессы, осуществляя миграцию вещества из недр Земли к ее поверхности, вводят в состав земной коры химические элементы глубинных участков Земли.

Исходные магмы в процессе охлаждения и кристаллизации могут претерпевать изменения, приводящие к расщеплению (дифференциации) их на обособленные пространственно магмы, различающиеся по своему составу. Считают, что этот процесс распадается на две стадии:

  • Первая докристаллизационная, когда магма находится в жидком состоянии.
  • Вторая – кристаллизационной дифференциации.

Предполагают, что магматическая дифференциация может произойти в результате ликвации (расслоения) магмы при понижении ее температуры на две несмешивающиеся жидкости, отличающиеся по составу и удельному весу: более тяжелую – железисто-магнезиальную, сосредотачивающуюся внизу, и более легкую, кислую, обособляющуюся вверху очага.

Равновесие в составе исходных магм может нарушаться также при внедрении их в земную кору, в результате захвата и переплавления (ассимиляции) находящихся на их пути ранее сформированных (в том числе осадочного происхождения) горных пород.

Кристаллизационная дифференциация охлаждающейся магмы начинается тогда, когда из нее начинают выпадать наиболее тугоплавкие минералы. Первыми выделяются железисто-магнезиальные минералы – оливин, затем пироксены, амфиболы и другие (в основном темноокрашенные минералы), которые в силу своего большого удельного веса опускаются на дно очага. В состав этих минералов из расплава уходит относительно небольшое количество кремнезема (36-43%), по сравнению с тем количеством его, которое уходит на образование позднее кристаллизующихся (светлоокрашенных) плагиоклазов и полевых шпатов (43-68,8%). Это приводит к накоплению в верхних частях магматического очага кремнезема и увеличению кислотности остающегося здесь расплава.

При окончательном застывании всего магматического очага внизу его возникнут основные и ультраосновные породы, бедные кремнеземом (до 52%) дуниты, перидотиты, пироксениты и др., а верху – кислые, гранитного состава с содержанием кремнезема больше 65%.

Считают, сто кристаллизационная дифференциация является наиболее достоверным фактором, обуславливающим разнообразие существующих магматических пород . в процессе кристаллизации магмы образуется большое количество разных минералов как в составе самих формирующихся интрузивных массивов, так и за их пределами из выделяемых магмами пневматолитово-гидротермальных эманаций.

Непосредственно в зоне расплава образование минералов и горных пород идет в условиях высоких температур и давлений и остывания образовавшегося интрузивного массива, которое происходит вообще очень медленно (миллионы лет). В минералообразовании, связанном с внедрением в земную кору силикатных расплавов (магмы), можно выделить следующие процессы:

  1. Собственно магматический – образование минералов и горных пород происходит непосредственно из остывающей магмы;
  2. Пневматолито-гидротермальный, когда образование минералов и горных пород происходит из порождаемых магмой парогазовых смесей (газообразных выделений – пневматолиз и горячих водных растворов – гидротермальный процесс). Следует указать, что преимущественная роль в рассматриваемых процессах минералообразования принадлежит гидротермальным растворам;
  3. Пегматитовый процесс (по А. Е. Ферсману) идет за пределами интрузива в остаточных, вырвавшихся из расплава, легкоподвижных парогазовых смесях, содержащих как элементы магматического расплава, так и щелочные металлы и особенно редкие и редкоземельные элементы. Пегматиты залегают в виде жил, связанных с интрузивом. В образовании пегматитов и слагающих их минералов участвуют как магматогенный, так и пневматолито-гидротермальный процессы. Согласно А. Н. Заварицкому, пегматиты образуются из вмещающих пород (окружающих магматический расплав) путем перекристаллизации и изменения их состава под действием обогащенных летучими компонентами остаточных растворов.

Чрезвычайно большое значение имеет эндогенное минералообразование при метаморфизме (преобразовании) горных пород, осуществляемом в условиях высоких температур и больших давлений. Образование минералов и горных пород при этом происходит в результате контакта магмы с вмещающими интрузию породами, а также воздействия на последние летучих соединений и гидротермальных растворов. Эти растворы могут выделяться магмой и возникать из подземных вод поверхностного происхождения, нагревающихся при опускании их на большие глубины. Метаморфические преобразования происходят и с только что сформировавшимися в интрузии минералами за счет собственного тепла и давлений.

Магматический процесс

Магматическими процессами называются все процессы, с которыми связано образование магмы и магматических пород, а также явления, обусловленные деятельностью магмы. В процессе геологического развития Земли в отдельных ее участках возникают магматические очаги, выполненные силикатным расплавом, магмой, сложного состава с большим количеством летучих соединений (газов-минерализаторов), разных металлов, углекислоты, фтористого и хлористого водорода, паров воды и т.д. считается, что химические элементы находятся в магме в виде комплексных анионов [AlSi3O8] и свободных катионов металлов К + , Са 2+ и др.

Застывание вулканической лавы

Магма поднимается по разломам к земной коре и застывает здесь (кристаллизуется) на глубинах нескольких километров или даже может вырываться на поверхность в виде лавы через вулканы. При остывании расплава из него образуются разные минералы, но при кристаллизации магмы на глубине (интрузивный процесс) большую роль играют существующие в недрах Земли высокие температура и давление. В этом случае затруднено выделение из магмы содержащихся в ней летучих газов-минерализаторов и часть их входит в состав образующихся из магмы минералов. Принято считать, что температура кристаллизации в глубинных условиях составляет 900 – 700⁰С. Продолжительность остывания интрузивных тел в недрах Земли, вследствие затруднительности теплообмена магматического расплава с вмещающими породами, может составлять от десятков тысяч лет (для небольших тел) до десятков миллионов лет (для крупных тел размером в десятки километров.

При излиянии магмы в виде лавы на поверхность Земли температура лав колеблется в пределах 1000 – 1200⁰С и изредка достигает 1350⁰С. Содержащие в лаве летучие соединения вызывают взрывы, уходят в атмосферу и лишь в незначительной степени входят в состав возникающих при этом минералов.

В магматическую стадию образуются самые разнообразные минералы, из которых самыми характерными для этой стадии и главными минералами (они составляют 84% в составе изверженных пород) являются силикаты – соли с различными кремнекислородными радикалами. Из других минералов преобладает кварц, являющийся окислом кремния. Уже здесь, помимо кристаллизации из расплава, начинают играть роль процессы минералообразования при участии парообразных и газообразных соединений элементов, получающие самостоятельное развитие в последующую пневматолитовую и гидротермальную стадии минералообразования.

По химическому составу и окраске магматогенных минералов среди них различают цветные и темные минералы, содержащие много железа и магния, и светлые, в которых много кремнезема и алюминия.

К первым относятся: хромит, магнетит, оливин, авгит, роговая обманка, биотит и др.; к светлым – полевые шпаты, лабрадор, мусковит, нефелин, кварц, апатит, алмаз и др. Кроме этого выделяются различные второстепенные (акцессорные) минералы, составляющие не больше 5% от общего объема породы. Из самородных элементов в извержены породах редко встречаются золото, графит и чаще (в основных породах) – платина.

Минералы выделяются из магмы в виде двух рядов реакций в следующей последовательности: в одном ряду раньше всех – апатит, магнетит, циркон и т.д., затем оливин, пироксены, амфиболы и т.д., в другом ряду – плагиоклазы, калиевые полевые шпаты, щелочные пироксены и т.д. и последним в обоих рядах – кварц. Калиевые полевые шпаты, кварц, слюды – это конечные продукты кристаллизации магмы и они образуют эвтектическую смесь. Эвтектический расплав кристаллизуется при температурах более низких, чем отдельные его компоненты. Сочетания компонентов из двух рядов могут кристаллизовываться параллельно (оливин и пироксены с основными плагиоклазами и т.п.).

Как уже отмечалось выше, среди магматогенных минералов главная роль принадлежит силикатам. Это полевые шпаты, оливин, пироксены, амфиболы, слюды (биотит, мусковит), нефелин и другие вещества.

Пневматолито-гидротермальный процесс

Кристаллизация магмы на глубине сопровождается выделением из расплава сначала соединений, летучих при высоких температурах (900 – 1000⁰С) – хлоридов и фторидов кремния, бора, алюминия, олова, титана и других элементов, а затем соединений, летучих даже в условиях земной поверхности (при температурах 375 — 100⁰С) – воды, углекислоты, фтористого и хлористого водорода, хлора, бериллия, бора, сернистого газа и т.д. выделение летучих компонентов происходит как при понижении внешнего гидростатического давления, так и когда внутреннее становится больше внешнего. Из газообразных эманаций и из образующихся из них гидротермальных растворов возникает большое количество разных минералов. Так, в современных и недавно действовавших вулканах, в трещинах обнаружены скопления серы, соды, борной кислоты, поваренной соли и других минералов пневматолитового происхождения. А в хлористых возгонах лав Ключевского вулкана присутствуют в повышенных количествах мышьяк, ртуть, серебро и другие элементы. Промышленного значения такие скопления не имеют.

Гейзеры — источники выхода на поверхность гидротермальных вод

Читайте также:  Сдам дом черная речка

Водяной пар, выделяющийся из остывающей магмы, находится под большим давлением и сгущается при температуре 500 – 350⁰С в воду, которая является сильной и активной кислотой. Такие водные растворы называются ювенильными. Они содержат в себе растворенными ряд элементов и соединений, способны растворять почти все до золота включительно, поэтому они дополнительно обогащаются элементами и соединениями при движении по трещинам в горных породах. Чистая вода сгущается при температуре 374,16⁰С.

Гидротермальные растворы, приближаясь к поверхности Земли (в область пониженных давлений), охлаждаются. По пути движения их происходит беспрерывная смена физико-химических обстановок, из растворов выпадают различные элементы и их соединения в следующей последовательности:

  1. Высокотемпературные ( выпадающие при температуре 400 – 300⁰С).
  2. Среднетемпературные (при 300 – 200⁰С).
  3. Низкотемпературные (при 200 – 30⁰С).

При взаимодействии летучих соединений и образовавшихся из них растворов может происходить образование новых минералов. В образовании новых минералов широко участвуют процессы замещения одних минералов другими (метасоматоз), особенно когда растворы контактируют с химически легко реагирующими породами (например, известняки, доломиты). При метасоматозе растворение прежних минералов и отложение на их месте новых происходит почти одновременно при сохранении породой твердого состояния.

Поверхностные воды, опускаясь на глубину (вадозные воды), повышают свою температуру (до 300⁰С и выше) и образуют также гидротермальные растворы, которые выщелачивают на своем пути различные элементы из вмещающих пород и могут сами стать источником минералообразования.

Из гидротермальных растворов возникает большое количество разнообразных минералов, и образуются жильные месторождения полезных ископаемых. Продолжительность формирования отдельных таких месторождений измеряется сотнями тысяч, миллионами и десятками миллионов лет.

Пневматолито-гидротермальные минералы представлены почти всеми классами минералов. Это – самородные элементы, сернистые соединения, галоиды (отчасти), окислы, карбонаты, сульфаты (отчасти) и вольфрамиты.

Размещение гидротермальных месторождений полезных ископаемых обычно связано с наличием в земной коре полостей тектонического происхождения (трещин) или участков трещиноватых и пористых пород, по которым могут продвигаться минеральные растворы. Минералы гидротермального происхождения: золото, сера, пирит, галенит, сфалерит, киноварь, халькопирит, антимонит, молибденит, флюорит, кварц, касситерит, кальцит, арагонит, сидерит, доломит, магнезит, барит, вольфрамит, шеелит. Типичные месторождения: кварцево-золоторудное на Урале, касситерит-сульфидное в Восточной Сибири, вольфрамитовые в Забайкалье, свинцово-цинковые на Алтае, сурьмы, ртути, мышьяка в Средней Азии, в Донбассе.

Пегматитовый процесс

Пегматиты образуются из вмещающих пород (окружающих магматический расплав) путем перекристаллизации и изменения их состава под действием обогащенных летучими компонентами остаточных растворов. Образование их происходит в два этапа:

  1. На первом этапе тело пегматита формируется в результате кристаллизации остаточного расплава – последних порций магмы, оставшихся после кристаллизации большей части магмы. В том случае, когда содержащиеся в магме летучие компоненты могут быстро выделиться из нее (вследствие трещиноватости или пористости вмещающих пород), образуется мелкозернистая кварцево-полевошпатовая порода – аплит. Но когда минерализаторы не могут быстро выделиться, кристаллизация магмы будет происходить медленно, сопровождаясь образованием крупных кристаллов, характерных для пегматитов.
  2. На втором этапе образовавшиеся пегматиты преобразовались в результате воздействия на них пневматолитовых и гидротермальных процессов.

Согласно другой точке зрения, пегматиты возникают из обычных магматических пород (гранитов]], гранитов-аплитов и т.д.) путем перекристаллизации и метасоматического преобразования участков, наиболее доступных этим процессам. Превращение в пегматиты исходных магматических пород совершается под влиянием глубинных газоводных растворов, проникающих в пористые и трещиноватые участки пород (процессы метаморфизма).

Таким образом, пегматиты образуются в две стадии и в формировании их участвуют как магматические, так и постмагматические процессы.

Пегматиты образуются в виде жил и линзовидных образований как внутри интрузивных тел, так и во вмещающих их породах. Минералы этой группы характеризуются крупной зернистостью и иногда гигантскими размерами (несколько метров) слагающих их минералов. Пегматиты могут быть генетически связаны с разными магматическими породами – от кислых до ультраосновных. Среди них наибольшим распространением пользуются гранитные пегматиты, состоящие из кварца, полевых шпатов и слюды. Содержание мусковита в отдельных случаях составляет 10-20%, а вес отдельных кристаллов его достигает одной тонны. Для гранитных пегматитов характерен часто встречающийся своеобразный рисунок прорастания плагиоклазов кварцем («еврейские письмена»).

Различают пегматиты простого состава (кварц, полевые шпаты, слюда) и сложного состава, в которых, кроме упомянутых, встречаются изумруды, топаз, турмалин, берилл, апатит, а также редко встречаемые в других эндогенных месторождениях соединения лантана, бериллия, олова, цезия, тантала, ниобия, циркония, лития, урана, редких земель, а также пьезокварца. Из рудных минералов в пегматитах сложного состава встречаются вольфрамит, касситерит, молибденит и другие минералы, имеющие, однако, большее распространение в метаморфических и гидротермальных месторождениях. Указанные выше минералы имеют более позднее, чем основная масса пегматита, пневматолито-гидротермальное происхождение (главным образом за счет перекристаллизации и метасоматического замещения ранее образовавшихся минералов). Для таких (сложных) пегматитов характерно замещение полевых шпатов (главным образом микроклина) альбитом (плагиоклаз). В результате метасоматических преобразований первоначального материала пегматитовых жил и создавались все минералы, содержащие редкие элементы и крупнокристаллические промышленно ценные слюды. Месторождения пегматитов известны на Кольском полуострове, в Забайкалье и других местах.

Экзогенное образование минералов и горных пород

К экзогенным процессам относятся процессы, развивающиеся в результате взаимодействия горных пород и минералов земной коры с атмосферой, гидросферой и биосферой. Существенное значение в развитии экзогенных процессов имеет техногенная деятельность человека. Большую роль в экзогенных процессах играет сила тяжести (гравитация), электромагнитное поле Земли, потоки солнечной энергии и вещества из космоса, деятельность организмов и человека. При этом происходит поверхностное разрушение и преобразование минералов, созданных эндогенными процессами в верхних горизонтах земной коры и на ее поверхности как без участия высоких температур и больших давлений, так и с участием – при падении метеоритов, астероидов.

Ранее созданные минералы подвергаются химической, механической, биохимической и антропогенной переработке, что приводит к образованию новых минералов, в соответствии с возникающими физико-химическими условиями в отдельных толщах земной коры на ее поверхности. Выделяется несколько способов экзогенного минералообразования:

  1. Гипергенное (при химическом выветривании),
  2. Кристаллизация из перенасыщенных истинных растворов,
  3. Коагуляция коллоидных растворов (в основном при смешивании их с диэлектриками),
  4. Переход вещества их хорошо растворимого состояния в менее растворимое и биогенное, т.е. минералообразование в процессе жизнедеятельности организмов.

Космогенное образование минералов и горных пород

К космогенным процессам относится образование минералов и горных пород во внеземном пространстве и выпадение их на Землю в составе метеоритов и космической пыли. В метеоритах встречаются самородное железо, алмазы, пироксены, оливин и другие минералы.

Таким образом, эндогенные процессы обуславливают начало «жизни» химических элементов и образуемых ими минералов в земной коре. Второй этап жизни минералов связан с экзогенными процессами. Метаморфические процессы минералообразования происходят тогда, когда ранее образовавшиеся магматические и осадочные породы подвергаются воздействию относительно высоких температур и давлений, преобразовывающих породы и слагающие их минералы.

Источник

Вулканическое минералообразование

Содержание

  1. ПРОЦЕССЫ МИНЕРАЛООБРАЗОВАНИЯ В ЗОНЕ ВЫВЕТРИВАНИЯ (ГИПЕРГЕНЕЗ)
  2. МИНЕРАЛОНАКОПЛЕНИЕ ПРИ ПРОЦЕССАХ МЕХАНИЧЕСКОГО ВЫВЕТРИВАНИЯ
  3. МИНЕРАЛООБРАЗОВАНИЕ ПРИ ПРОЦЕССАХ ХИМИЧЕСКОЕ ВЫВЕТРИВАНИЕ
  4. Процессы латеритизации и бокситизации
  5. Процессы бокситизации
  6. МИНЕРАЛООБРАЗОВАНИЕ В РАЗРУШАЮЩИХСЯ РУДНЫХ ЖИЛАХ

ВУЛКАНИЧЕСКОЕ МИНЕРАЛООБРАЗОВАНИЕ

Лава вулканов представляет магму, поднявшуюся из глубин, по вулканическому кратеру или по трещинам и застывшую на поверхности земли. Среди лавы нередко встречаются в виде включений хорошо образованные кристаллы многих силикатов.

Кроме того, при поднятии лавы из глубин на по верхность земли, в область меньшего давления, растворенные в ней пары и газы освобождаются и бурными струями выбрасываются наружу.

Газообразные продукты вулканических извержений, главным образом водяной пар, СО 2, H 2S, SО 2, НСl, HF и FeCl 3, вступая в реакцию друг с другом и с газами атмосферы, дают начало различным минералам, отлагающимся в вулканических трещинах и по краям кратеров. Таким образом из H 2S и SO 2 получается сера, оседающая желтовато-белыми выцветами и кристаллами в трещинах застывшей лавы и по стенкам кратеров; при подобных же условиях из паров хлорного железа и воды образуется железный блеск Fe 2O 3.

Иногда такие выделения вулканов достигают довольно крупных размеров. Так, в 1817 г. в одной из трещин Везувия в течение 10 дней образовалась жила железного блеска до 1 м мощностью. Но по большей части эти месторождения не имеют практического значения, ввиду своих незначительных размеров.

ПРОЦЕССЫ МИНЕРАЛООБРАЗОВАНИЯ В ЗОНЕ ВЫВЕТРИВАНИЯ (ГИПЕРГЕНЕЗ)

Наиболее мощными факторами химического разрушения магматических минералов, с одной стороны, и созидания новых минералов — гипергенных — с другой, являются вода, кислород и углекислота.

Для повышения концентрации тех или иных веществ весьма существенную роль играют коллоидные процессы и жизнедеятельность организмов (биохимические процессы).

МИНЕРАЛОНАКОПЛЕНИЕ ПРИ ПРОЦЕССАХ МЕХАНИЧЕСКОГО ВЫВЕТРИВАНИЯ

Горные породы, выходящие на поверхность земли, постепенно разрушаются колебанием температуры, силой ветра и амосферных осадков и превращаются в кучи обломков, щебня и дресвы. Эти продукты разрушения уносятся текучими водами, отлагаясь у подножия горных склонов и далее в долинах рек и ручьев (рис. 42).

Разрушенные горные породы распадаются, таким образом, на составные части и сортируются водой по удельному весу и по величине зерен. Так как одновременно идут процессы химического выветривания, то неизменными остаются только устойчивые минералы, обладающие достаточной твердостью и малой растворимостью в природной воде.

Таким образом, процесс механического разрушения пород сопровождается разделением минеральных ассоциаций на составляющие минералы и дальнейшим разделением их, по устойчивости, твердости, удельному весу и размерам зерен. За счет этих процессов идет концентрация отдельных определенных минералов, что приводит к обогащению некоторых участков тем или иным минералом, часто практически важным.

Так, в руслах рек и речек образуются вторичные скопления минералов, пески и россыпи. Преобладающим минералом в них чаще всего является кварц, вместе с ним встречаются зерна полевых шпатов и других минералов. Нередко, однако, россыпи содержат ряд ценных минералов: самородного золота, платины,

алмазов, оловянного камня, вольфрамита, циркона, монацита и др. Эти россыпи имеют огромное практическое значение, превосходящее иногда значение коренных месторождений соответствующих минералов.

МИНЕРАЛООБРАЗОВАНИЕ ПРИ ПРОЦЕССАХ ХИМИЧЕСКОЕ ВЫВЕТРИВАНИЕ

Наряду с механическим выветриванием идут и процессы химического изменения разрушающихся горных пород. Главным деятелем при этом является природная вода, действующая как универсальный растворитель. Он всегда содержит некоторые количества углекислого газа и кислорода, которые значительно повышают ее растворяющую способность.

При химическом выветривании полевые шпаты и многие другие алюмосиликаты переходят в каолин и глины. Кварц частью выделяется в виде песка, частью переходит в растворимое состояние. Соли Fe, К, Na, Са и отчасти Mg растворяются и уносятся текучими водами. Часть солей Mg входит в состав образующихся в зоне выветривания устойчивых карбонатов — магнезита и доломита.

Несмотря на то что при этом переходят в растворимое состояние и уносятся природными водами соединения щелочных, щелочноземельных элементов и отчасти железа, общий объем продуктов химического выветривания благодаря присоединению воды и более рыхлой (пористой) их структуре увеличивается в среднем на 30% по сравнению с объемом первоначальной изверженной горной породы.

Познакомимся теперь с важнейшими минералообразующими процессами и минералами зоны выветривания.

Процессы каолинизации. Как упомянуто выше, каолин и глины являются продуктами выветривания полевых шпатов и других алюмосиликатов.

Реакции идут в схеме примерно так:

В состав глин, кроме каолина, входят, как механическая примесь, водные и безводные окислы железа и алюминия; кремнезем, а также углекислый кальций и в небольшом количестве ряд сложных водных и безводных вторичных силикатов.

Читайте также:  Корова пьет воду из реки

Процессы латеритизации и бокситизации

Латеритом и бокситами называют продукты выветривания разнообразных алюмоси-ликатных пород в условиях жаркого, но не очень влажного климата; латерит образуется в огромных количествах и в настоящее время, представляя обычную почву тропических стран, покрывающую почти четвертую часть всех материков.

Латерит, как и боксит, состоит главным образом из гидратов

окиси алюминия, окрашенных окислами железа в красновато-бурый или даже тёмнокрасный цвет, причем кремнезема в нем очень мало или нет совершенно.

Процессы бокситизации

С процессами латеритизации, происходившими также и в прежние геологические периоды, тесно связано образование бокситов — важнейшей промышленной руды на алюминий.

Боквиты отличаются от латеритов главным образом более низким содержанием окиси железа, количество которой, однако, колеблется в широких пределах — от 0,1 до 20% и более.

При бокситизации горных пород переходят в раствор и уносятся природными водами основания, фосфорная кислота и большее или меньшее количество кремнезема, содержание которого в боксите часто понижается до 1—4%.

Главными составными частями бокситов являются гидраты окиси алюминия, представленные в одних случаях диаспорой АlO(ОН), в других — гидраргиллитом А1(ОН) 3 или тем и другим одновременно, обычно с примесью незначительных количеств каолина и большего или меньшего количества окиси железа в виде маловодных гидратов Fe 2O 3. Иногда примешан кварц и другие минералы.

Процессы бокситизации нередко идут при деятельном участии углекислого газа, растворенного в грунтовых водах.

Существенную роль в изучении процессов бокситизации и отложения боксита сыграли исследования А. Д. Архангельского и его сотрудников, приведшие к открытию крупных залежей боксита в различных частях СССР.

МИНЕРАЛООБРАЗОВАНИЕ В РАЗРУШАЮЩИХСЯ РУДНЫХ ЖИЛАХ

Рудные жилы, вскрытые процессами эрозии и выходящие на земную поверхность, также подвергаются процессам выветривания. Колебания температуры, вода, замерзающая в трещинах, и корни растений механически разрушают как окружающие горные породы, так и тело самой рудной жилы. Проникающие по трещинам грунтовые воды, богатые растворенным кислородом, углекислотой и органическими веществами, являются главным деятелем, производящим химическое разрушение.

Рудные минералы в таких жилах состоят по преимуществу из сернистых соединений, в связи с чем процессы их химической переработки идут обычно более интенсивно, чем разрушение окружающих горных пород, и вызывают образование ряда новых вторичных рудных минералов. Это приводит часто к перераспределению в рудной жиле металлов, что имеет иногда большое экономическое значение.

Под влиянием выветривания горные породы и заключенные в них руды превращаются в сочетания минералов, наиболее устойчивых в поверхностных условиях; постепенно образуются более или менее рыхлые массы измененных горных пород— глин, песка, бурого железняка и труднорастворимых на поверхности углекислых, сернокислых и кремнекислых соединений меди, цинка, свинца и других металлов, а также самородных элементов — золота, серебра и меди.

Эта верхняя часть разрушающейся рудной жилы носит название зоны окисления и имеет различную мощность в зависимости от климата, количества атмосферных осадков, уровня грунтовых вод, водопроницаемости пород, рельефа местности и в особенности от первоначального состава минералов рудной жилы.

Часто зона окисления бывает окрашена в желто-бурый или красно-бурый цвет, вызванный окислами железа, и поэтому носит название железной шляпы. Иногда она настолько богата железом, что ее разрабатывали в качестве железной руды, например, во многих местах Урала.

Источник

Геология

о теории и практике

Образование россыпных месторождений. Шлиховое опробование.

С эрозионной и аккумулятивной деятельностью рек связано образование россыпных месторождений полезных ископаемых (аллювиальных россыпей). Реки, размывая горные породы в рудных районах, одновременно размывают и вкрапленные в породы ценные минералы, рудные жилы, рудные залежи и пр.

Значительная часть ценных компонентов исчезает при транспортировке их рекой (перетираются, растворяются, рассеиваются), но некоторая их часть задерживается в долине и при благоприятных условиях может образовать высокие концентрации, которые экономически выгодно разрабатывать. Такие скопления ценных минералов в речных отложениях называют аллювиальными россыпями полезных ископаемых или россыпными месторождениями. К числу характерных минералов россыпных месторождений относят только устойчивые и тяжелые, такие как золото, платина, шеелит, вольфрамит, оловянный камень, алмазы и некоторые другие. Легкие минералы не могут дать промышленных концентраций. Они выносятся за пределы бассейна или рассеиваются в массе аллювия. Неустойчивые минералы исчезают в процессе транспортировки. В этом отношении характерен молибденит — тяжелый (плотность 4.7—4,8 г/см3), но очень мягкий минерал (твердость 1—1,5). Он встречается в аллювии лишь в непосредственной близости от коренных выходов и быстро исчезает по мере удаления от них. Вообще формирование россыпных аллювиальных месторождений достаточно сложно и требует сочетания ряда благоприятных условий. Поэтому присутствие в наносах реки полезных минералов еще не означает, что данные минералы образуют россыпное месторождение. Они лишь указывают на возможность наличия месторождения.

Строение аллювиальных россыпей довольно однотипно. Пласт или залежь полезного ископаемого перекрываются аллювием, или вовсе лишенным ценных минералов, или содержащим их в ничтожных количествах. Эти образования называются торфами. Они могут состоять из аллювия любого типа — от галечников до речных илов. Нижняя часть россыпи, содержащая главную массу полезного ископаемого, называется песками. Они также могут состоять из разных фракций аллювия. Обогащение песков полезными минералами происходит вследствие их высоких плотностей, благодаря которым они опускаются вниз при формировании толщи аллювия.

Коренные породы, на которых лежат пески, называются плотиком. Плотик от песков часто отделен слоем элювия, обычно состоящего из угловатых обломков коренных пород, связанных глиной (примазкой). Элювий также бывает обогащен полезными минералами. Если россыпь сложная и состоит из нескольких горизонтов с песками и торфами, то верхняя поверхность каждого слоя торфов, подстилающих пески, называется ложным плотиком, поскольку под ним залегают еще пески, обогащенные полезными минералами. Нижние горизонты сложных россыпей называются погребенными россыпями. Погребенными называют также россыпи, перекрытые толщами пород, не связанных с деятельностью рек, например, потоками лавы или моренами.

По форме аллювиальные россыпи представляют собой удлиненные и уплощенные полосовидные залежи, вытянутые в общем вдоль речной долины. Их длина невелика и обычно не превышает нескольких километров. Только у особо богатых россыпей длина достигает одного-двух десятков километров и даже больше, как, например, у россыпей Виктории в Австралии, длина которых доходит до 100 км. Ширина россыпей обычно измеряется едини цами, десятками и реже сотнями метров, а мощность песков часто едва достигает нескольких десятков сантиметров и редко увеличивается до первых метров и несколько более.

Среди аллювиальных россыпей выделяют:

а) русловые, располагающиеся непосредственно в руслах рек;

б) косовые, связанные с наносами речных кос и отмелей;

в) долинные, занимающие долины рек вне связп с положением современных русел:

г) террасовые или увальные, заключенные в аллювии речных террас. Первые два типа относятся к категории юных россыпей, формирование которых продолжается в настоящее время, россыпи двух последних типов уже вполне сформированы. Полезные минералы в них уже обособились и содержатся только в песках. Кроме современных известны также ископаемые россыпи, образованные реками минувших геологических эпох.

Для поисков коренных и россыпных месторождений полезных ископаемых применяют шлиховое опробование, которое заключается в промывке лотком аллювия для извлечения из него шлиха — концентрата тяжелых минералов. В составе шлиха встречаются такие минералы, как маг-петит, гематит, ильменит, хромит, гранат, циркон, монацпт, золото, платина, серебро, шеелит, вольфрамит, касситерит, некоторые сульфиды и пр. Так как цвет этих минералов темный, шлих имеет очень темную, часто черную окраску. Если хотят уловить минералы с меньшей плотностью (алмаз, корунд и некоторые другие), то промывку аллювия производят до серого шлиха, в котором вместе с тяжелыми минералами сохраняются и легкие, обычно обладающие светлой окраской.

Систематический сбор шлихов, равномерно охватывающий площадь изучаемого района, их исследование и нанесение на карту результатов позволяют выявить россыпи и коренные месторождения полезных минералов. Шлиховое опробование широко применяется как эффективный метод поисков. С его помощью были открыты многие крупные россыпные я коренные месторождения полезных ископаемых. Для поисков некоторых полезных ископаемых (например, поделочных камней) и предварительного выяснения геологического строения омываемого рекой района при геологических съемках тщательно изучается также и состав аллювия.

Источник

Свойства минералов и условия их образования

Минералами называют твёрдые природные тела, имеющие в своей основе кристаллическую структуру и некий химический состав. Как правило, они являются частью различных руд, горных пород и метеоритов. Минералы по своей сути довольно похожи (имеется ввиду химический состав), но вот по цвету, размерам, форме и другим признакам они очень сильно отличаются друг от друга. Однако, существуют группы минералов, имеющие сходство не только по составу, но и по многим признакам. В таком случае их относят к какой-либо минеральной разновидности. То есть, это значит, что некая группа минералов является вариацией одного конкретного вида. Примером могут служить цитрин, аметист и халцедон, являющиеся разновидностями кварца. Минерал

Процессы образования минералов

Образование минералов — это очень долгий процесс. Порою, необходимо, чтобы прошли тысячелетия до того, как будет сформирован этот удивительный образец творения природы. К слову, самым древним образцом является кусочек циркония, возраст которого составляет 4,4 миллиарда лет. Хотя это вовсе и не означает, что для его образования понадобилось столько времени.
Минералы могут быть образованы различными способами, их все можно разделить на три группы:

    Эндогенные процессы. Другими словами, глубинные. Как можно догадаться, к этой группе относят процессы, происходящие на большой глубине (вероятно, в земной мантии), под влиянием высокой температуры и огромного давления. Если кратко, то расплавленная магма поднимается выше к земной поверхности, где температура земли понижается, из-за чего магма застывает. Так образуются горные породы, ну а после, в различных трещинах и пустотах откладываются химические вещества, которые после и становятся минералами.

Экзогенные процессы. Это значит — поверхностные. Представляет собой эта группа те процессы, которые происходят с горными породами на земной поверхности. И могут быть они самыми разными, ведь сил, воздействующих на природные тела, очень много. Наиболее известным, например, является выветривание. Также минералы образуются под воздействием воды (к примеру, когда разрушенные породы откладываются на дне водоёмов в виде осадков). В результате этого образуются минералы, устойчивые к этим самым воздействиям. Эволюция такая получается.

  • Метаморфические процессы. К этому типу относят процессы, при которых уже образованные минералы подвергаются некому воздействию, из-за чего возникают новые их виды.
  • Физические свойства минералов

    Свойств, по которым различают минералы, довольно много. Основными можно назвать цвет, твёрдость, плотность, хрупкость, магнитность. Разумеется, это даже не половина их, но смысла перечислять все нет. Как говорится, на вкус и цвет все минералы разные. При нахождении подобных природных тел, их свойства тщательно изучаются, после чего делается заключение, к какой разновидности он относится. Определить лишь по одному внешнему виду это бывает очень сложно.

    Иногда в природе встречаются экземпляры, представляющие собой сплавленные в один минералы. Их нельзя отнести к конкретному виду, а также они не обладают симметрией. Такие образования называют минеральными агрегатами. Каждая отдельная часть агрегатов (ну если её отпилить) называется минеральным индивидом. А скопления множества минеральных агрегатов, каждый из которых имеет свою границу, именуют минеральными телами. Минеральный агрегат

    Читайте также:  Мчс при разлив реки

    Интересные факты о минералах

    Некоторые минералы могут иметь жидкую форму. Например, лёд — это тоже минерал, а вот вода, которая образуется при таянии льда, к минералам уже не относится.
    А бывает и так, что минералом называют жидкость. Примером тому является самородная ртуть, она принимает кристаллическое состояние только при температуре −38 °C, но даже находясь в жидком состоянии, и не имея кристаллической структуры, относится к минералам.

    Среди тысяч известных видов минералов, существует один, обладающий уникальными свойствами. Это Путнисит. Его химический состав настолько необычен, что, как с восторгом говорят учёные, не имеет связей ни с одним из известных видов. В его состав входят кислород, водород, стронций, хром, кальций, сера и углерод, что подтверждает его земное происхождение, и это весьма удивительно.

    Пещеры минералов

    Особую ценность представляют пещеры, сплошь состоящие из минералов. Они являются достоянием и, как правило, тщательно оберегаются. В такие пещеры можно попасть лишь в сопровождении опытных инструкторов, поскольку в них, как правило, всё довольно хрупкое. Разрушить некоторые природные тела можно даже простым прикосновением.

    Полезные ископаемые
    Полезные ископаемые могут находиться либо на поверхности планеты, либо в её недрах. Человек научился их добывать и использовать.

    Кора Земли
    Земная кора представляет собой твёрдый поверхностный слой, большая часть которого покрыта водоёмами. Меньшая часть называется сушей.

    Источник

    

    Образования минералов в реках

    Процессы образования минералов, совершающиеся на поверхности Земли за счет солнечной энергии, гораздо более доступны нашему наблюдению, чем эндогенные процессы.

    Как мы знаем, на суше под влиянием воздействия атмосферных агентов (кислорода воздуха, углекислоты, воды) и жизнедеятельности микроорганизмов происходит мощный химический процесс, носящий общее название процесса выветривания. Он приводит к физическому и химическому разложению всего того, что было создано эндогенными процессами, и одновременно к образованию новых продуктов, устойчивых в создающихся на поверхности Земли условиях.

    Часть этих продуктов текучими поверхностными водами переносится в растворенном или взвешенном состоянии и по пути следования отлагается в местах замедленного движения вод в речных долинах или в озерных и морских бассейнах. Здесь также протекают своеобразные процессы минералообразования, приводящие к отложению осадков в виде пластов на дне водоемов. Этот процесс носит название осадочного процесса.

    Процессы выветривания выражаются прежде всего в механическом разрушении пород и руд вследствие колебаний температуры, что ведет к дезинтеграции составляющих породы минералов, обладающих различными коэфициентами расширения, а также под действием замерзающей в трещинках и порах воды и других факторов. Но гораздо важнее химическое разложение выветривающихся минералов под влиянием дождевой и поверхностной воды, содержащей в растворенном состоянии кислород, углекислоту и другие газы, вследствие чего она обладает довольно сильной окисляющей и растворяющей способностью. Эта вода, просачиваясь и спускаясь до уровня грунтовых вод (рис. 55), постепенно теряет свой кислород в процессе происходящих реакций окисления, гидратизации и карбонатизации.

    Рис. 55. Схема поперечного разреза сульфидного месторождения, обнаженного на дневной поверхности. 1 - первичные медносульфидные руды; 2 - железная шляпа; 3 - зона вторичного обогащения медью
    Рис. 55. Схема поперечного разреза сульфидного месторождения, обнаженного на дневной поверхности. 1 — первичные медносульфидные руды; 2 — железная шляпа; 3 — зона вторичного обогащения медью

    Выщелачивание образующихся растворимых соединений приводит к образованию пор, каверн, иногда больших полостей (карстов). Стенки этих пустот часто бывают покрыты коллоидальными натечными образованиями или щетками кристаллов каких-либо экзогенных минералов или, наконец, могут быть выполнены землистым охристым минералом. В тех местах, где происходит массовое выщелачивание более или менее легко растворимых пород, наблюдается проседание с поверхности почвы, а иногда образование воронок провала и даже больших пещер (в гипсовых и известняковых толщах).

    Развивающийся на самой поверхности растительный покров, а вместе с ним и различные органические соединения, переходящие в растворы значительно усиливают процессы химического разложения пород и руд

    Неразрушающиеся химически минералы (такие, как кварц, золото, платина и др.), а также труднорастворимые новообразования накапливаются в остаточных продуктах на поверхности Земли, наблюдающихся в виде глиноподобных масс различных светлых и темных оттенков, чаще бурых, окрашенных гидроокислами железа.

    Накапливающиеся таким путем на поверхности или вблизи ее нерастворимые продукты химического выветривания образуют так называемые остаточные месторождения, представляющие скопления преимущественно гидроокислов и гидросиликатов. Таковы, например, многие месторождения глин, каолинов, бокситов, железных, никелевых и других руд, образующиеся при интенсивном разрушении соответствующих по составу горных пород и занимающие иногда весьма значительные площади.

    В тех случаях, когда химическому выветриванию подвергаются какие-либо месторождения полезных ископаемых, возникающие остаточные образования носят название шляп (железных, марганцевых, гипсовых и др.). За счет выщелачивания ряда компонентов содержание остающихся полезных ископаемых в этих шляпах обычно значительно выше, нежели в неразложенных первичных рудах, т. е. залегающих ниже уровня грунтовых вод. Важно отметить, что некоторые выщелачиваемые металлы, особенно медь, а также серебро, цинк и другие, переносимые просачивающимися водами в виде растворов к низам зоны окисления, т. е. к уровню грунтовых йод, вступают в реакции с первичными рудами или с химически активными боковыми породами (известняками). В медносульфидных месторождениях в этих случаях образуется зона вторичного сульфидного обогащения с значительно повышенным содержанием меди в рудах (рис. 55).

    В процессах химического выветривания большую роль играют климатические факторы (средняя годовая температура и количество осадков). При малой влажности и высоких средних годовых температурах процессы окисления и концентрации химических соединений происходят энергичнее. Большое значение имеет также рельеф местности. В гористых районах, вследствие большой эрозионной деятельности, не успевает происходить накопление продуктов химического разрушения. Иную картину мы наблюдаем в районах с пониженным рельефом.

    Формы месторождений, образующихся в процессе выветривания, обычно бывают представлены не совсем правильными гнездообразными или пластообразными залежами, более или менее параллельными дневной поверхности. Вдоль крупных трещин, зон дробления и контактов разнородных по физическим и химическим свойствам пород, т. е. там, где глубже проникают поверхностные агенты выветривания, могут образоваться крутопадаю щие, выклинивающиеся с глубиной залежи рудных образований.

    Осадочные процессы происходят в водных средах: реках, озерах и морях. В морских бассейнах эти процессы во все геологические эпохи приводили к образованию огромной мощности толщ осадочных горных пород. Среди этих образований различают механические и химические осадки.

    Рис. 56. Разрез платиноносной россыпи. По Н. К. Высоцкому, а - выступы коренных пород, б -
    Рис. 56. Разрез платиноносной россыпи. По Н. К. Высоцкому, а — выступы коренных пород, б — ‘пески’, содержащие платину, в — слоистые галечники (‘речники), г — глины, покрытые растительным слоем

    Механические осадки образуются при размыве продуктов выветривания и переотложении водными потоками химически стойких минералов и обломков пород в виде галечника, гравия, песков и песчаных глин в речных долинах и водных бассейнах. Если размыву подвергаются продукты выветривания месторождений или пород, содержащих химически стойкие ценные минералы, то они в результате повторных перемывов и перераспределения материала по удельному весу в речных долинах образуют россыпи (рис. 56), имеющие часто промышленное значение. Таковы, например, россыпные месторождения золота, платины, алмазов и др.

    В процессе накопления механических осадков, по существу, не происходит образования каких-либо новых минералов. Лишь в древних россыпях иногда устанавливаются некоторые позднейшие химические изменения в обломочном материале.

    Химические осадки возникают главным образом в озерах и морских бассейнах. Выпадение осадков может происходить различными путями: либо путем кристаллизации насыщенных солями растворов, либо путем осаждения свертывающихся в виде гелей коллоидных образований, либо, наконец, путем накопления продуктов жизнедеятельности органического мира и самих органических остатков.

    а) Образование кристаллических осадков наблюдается во многих усыхающих озерах, в которых в условиях сухого теплого климата поверхностное испарение превалирует над притоком пресной воды.

    Кристаллизация солей наступает при некотором пересыщении водных растворов. Последовательность выделения минералов при прогрессирую-щем испарении растворителя (H2O) определяется двумя главными факторами равновесия системы: составом растворов, вернее соотношением концентраций компонентов, входящих в систему, и температурой растворов, при которой происходит кристаллизация. Условия равновесия сернокислых и хлористых солей Ca, Mg, К и Na, встречающихся в морской воде, детально изучены при различных концентрациях и температурах Вант-Гоффом, Н. С. Курнаковым и многими другими.

    б) Образование коллоидальных осадков в озерных и морских бассейнах много сложнее, и не все стороны этого явления изучены в достаточной степени. Установлено, что некоторые образующиеся при выветри-вании соединения переносятся текучими водами не только в виде истинных растворов, но также в виде коллоидных растворов-золей, устойчивых в пресных водах. Эти растворы, попадая с поверхностными водами в морские бассейны, подвергаются коагуляции под влиянием электролитов, содержащихся в больших количествах в морских водах в виде ионов растворенных солей. Так ведут себя коллоидальные растворы окислов железа, марганца, кремния и др.

    Образующиеся гели вместе с приносимыми речными водами глинистыми частицами, мелким обломочным материалом и остатками морских организмов отлагаются на дне прибрежных зон бассейнов в виде прослоев или более мощных правильных по форме пластов С течением времени в этих осадках происходят некоторые преобразования (диагенезис) и превращение их в плотные массы.

    На примере марганцевых осадочных месторождений выяснено закономерное изменение парагенетических ассоциаций минералов в осадках в зависимости от физико-химических условий формирования осадков на дне бассейнов. В прибрежных мелководных участках распространены наиболее богатые кислородом соединения четырехвалентного марганца, которые по мере удаления от береговой линии постепенно сменяются карбонатными соединениями двухвалентного марганца в сопровождении сернистых соединений железа. В мелководных участках осадконакопление, очевидно, происходило в условиях доступа кислорода, растворенного в морской воде до некоторой глубины, тогда как в более глубоководных участках имели место недостаток кислорода, разложение органических остатков с образованием углекислоты и отчасти сероводорода, за счет которых, очевидно, и образовались карбонаты и сопровождающие их сернистые соединения. В результате возникли так называемые фации различных по составу руд (окисных и карбонатных). Повидимому, аналогичные же соотношения различных по составу осадков существуют и в месторождениях железа, для которых давно уже известны фации окисных, силикатных и карбонатных руд.

    О процессах, происходящих в глубоких частях морских бассейнов и океанов, мы знаем пока еще очень мало.

    в) К органогенным или биогенным осадкам, образующимся в результате сложных процессов жизнедеятельности организмов, относятся известняки, состоящие из скелетных образований морских животных; диатомиты, сложенные преимущественно кремнистыми скелетами диатомей; каустобиолиты («каустос» по-гречески — горючий), возникшие главным образом за счет растительных и отчасти животных организмов (например, ископаемые угли, горючие сланцы, нефти, горючие газы, твердые битумы и пр.).

    Рис. 57. Выходы горизонтальнослоистых осадочных пород третичного возраста с горизонтом известковистых глин, мергелей, богатых растительными остатками водорослей и раковин, с пропластками гипса и самородной серы. По Д. И. Щербакову
    Рис. 57. Выходы горизонтальнослоистых осадочных пород третичного возраста с горизонтом известковистых глин, мергелей, богатых растительными остатками водорослей и раковин, с пропластками гипса и самородной серы. По Д. И. Щербакову

    Органогенные осадки могут возникать путем накопления скелетов отмирающих животных (ракушняки) или тканей высших или низших растений (торф, сапропель). Они могут также являться результатом самой жизнедеятельности организмов, например анаэробных бактерий, разлагающих органические остатки или сульфаты, в процессе чего в конце концов образуются скопления серы (рис. 57). Наконец, за счет продуктов деятельности бактерий могут возникать желвакоподобные образования, как это в лабораторных условиях было доказано для ферробактерий.

    При последующем перерождении одни из этих осадков превращаются в неорганические продукты (например известняки, фосфориты), другие же остаются органическими соединениями (каменные угли, нефти и др.).

    Источник

    Adblock
    detector