Эндогенные и экзогенные процессы минералообразования, их условия протекания и продукты
Исследование особенностей образования минералов в природе. Характеристика процессов роста кристаллов в переохлажденном расплаве. Анализ влияния числа центров кристаллизации на структуру агрегата. Схема последовательной кристаллизации гомогенной жидкости.
| Рубрика | Геология, гидрология и геодезия |
| Вид | реферат |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 05.01.2014 |
| Размер файла | 2,5 M |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «БАШКИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»
географический факультет
кафедра геологии и геоморфологии
Реферат
«ЭНДОГЕННЫЕ И ЭКЗОГЕННЫЕ ПРОЦЕССЫ МИНЕРАЛООБРАЗОВАНИЯ, ИХ УСЛОВИЯ ПРОТЕКАНИЯ И ПРОДУКТЫ»
Выполнил: Никитин С.А.
Проверил: профессор д.г.- м.н. Мустафин С.К.
Уфа - 2013
СОДЕРЖАНИЕ
1. Образование минералов в природе
2. Геологические процессы минералообразования
3. Эндогенные процессы минералообразования
4. Экзогенные процессы минералообразования
Список литературы
1. ОБРАЗОВАНИЕ МИНЕРАЛОВ В ПРИРОДЕ
Образование и рост кристаллических фаз.
Образование твердого кристаллического вещества может происходить различными путями:
а) путем кристаллизации жидкостей (расплавов или растворов);
б) путем отложения кристаллов на стенках пустот из газообразных продуктов возгона;
в) путем замещения и перекристаллизации твердых масс (в частности, коллоидов).
Главная масса природных кристаллических образований является результатом кристаллизации силикатных расплавов и водных растворов. Сюда относятся огромные массы изверженных кристаллических пород, подавляющее количество месторождений полезных ископаемых, кристаллические осадки соленосных бассейнов и др.
Кристаллизация любого охлаждающегося расплава теоретически должна начинаться при определенной температуре, отвечающей температуре плавления данного вещества. Точно так же и кристаллизация раствора должна начинаться в момент насыщения растворителя данным веществом. Однако, как показывает опыт, кристаллизация жидких фаз начинается при некотором переохлаждении или пресыщении.
Степень переохлаждения или пресыщения жидкой среды зависит также от химического состава кристаллизующейся жидкости и до некоторой степени от давления. Изменение давления имеет более существенное значение при образовании кристаллов из охлаждающихся паров.
Процессы роста кристаллов в переохлажденном расплаве и в пересыщенном растворе совершенно одинаковы. Зарождение кристаллов может быть вынужденным (гетерогенная нуклеация), если в жидкости уже присутствуют обломки или пылинки каких-либо твердых веществ, могущих по своим кристаллохимическим свойствам играть роль затравок, или самопроизвольным, наступающим в отсутствии затравки в пересыщенных или переохлажденных растворах и расплавах (гомогенная нуклеация).
При самопроизвольной кристаллизации в разных точках расплава или раствора возникают так называемые центры кристаллизации, представленные кристаллическими зародышами. В первые моменты процесса кристаллизации (допустим, какой-либо однокомпонентной жидкости) вокруг этих центров кристаллизации в условиях свободного развития растут правильные кристаллики до тех пор, пока не создается стесненная обстановка для дальнейшего развития кристаллографических форм (рис. 1 а, б). При продолжении кристаллизации начинается борьба за оставшееся пространство, и в конечном счете мы получим агрегат кристаллических зерен с неправильными внешними очертаниями (рис. 1 в, г). В некоторых случаях удается даже наблюдать кристаллически-зональное строение отдельных зерен, свидетельствующее о постепенном их росте.
Рис. 1. Схема последовательной кристаллизации гомогенной жидкости.
Установлена нелинейная зависимость между степенью переохлаждения или пересыщения жидкости и числом самопроизвольно возникающих в момент начала затвердевания центров кристаллизации, начиная с малых переохлаждений: чем сильнее переохлаждена или пересыщена жидкость, тем большее число центров кристаллизации возникает в данном объеме в единицу времени (рис. 2), следовательно, тем меньшими размерами будут обладать кристаллические зерна в результате окончательного затвердевания жидкости (рис. 3). Однако при увеличении степени переохлаждения скорость образования зародышей проходит через максимум и снижается.
Рис. 2. Зависимость скорости образования зародышей (ДN/Дt) от степени переохлаждения расплава (ДT)
Рис. 3. Влияние числа центров кристаллизации на структуру агрегата: а -- крупнозернистый агрегат; б -- мелкозернистый агрегат
Если кристаллизация начинается при сравнительно слабом пересыщении раствора, то при относительно небольшом числе возникших в этих условиях кристаллических зародышей образуются в конце концов сравнительно крупнозернистые агрегаты (рис. 3 а). Если начало кристаллизации происходит при более сильном пересыщении (или переохлаждении), то, естественно, в результате мы будем иметь мелкозернистый агрегат кристаллических зерен (рис. 3б). В случаях кристаллизации раствора в условиях очень резкого пересыщения мы получим скрытокристаллические образования. Глубокое переохлаждение расплава приводит к образованию вулканических стекол.
Согласно экспериментальным данным момент зарождения кристаллов в жидкости зависит от разных причин: от химической природы вещества; от примесей, ускоряющих или задерживающих появление кристаллических зародышей; от механических сил (сотрясения раствора, трения о стенки сосуда); иногда от действия звука, света и т. д.
Около растущих в свободной среде кристаллов, как показывают опыты, возникают концентрационные потоки: пересыщенный раствор в области соприкосновения с кристаллом отдает ему избыток растворенного вещества, становится легче и поднимается кверху, уступая место новым порциям пересыщенного раствора. Скорость роста кристаллов тем больше, чем сильнее пересыщен раствор.
Если условия роста для каждой грани растущего кристалла остаются постоянными с момента зарождения, то форма кристаллов по мере их роста не меняется, увеличиваются только их размеры. Однако скорость прироста различных граней кристалла в единицу времени часто бывает неодинакова, что в результате приводит к уменьшению числа граней. Установлено также, что на форму кристаллов оказывают значительное влияние растворенные примеси других веществ. Так, например, хлористый натрий обычно кристаллизуется в форме кубов, но из растворов, содержащих, кроме NaCl, также СаСl2 и MgSO4, выделяется в виде октаэдров.
При быстром росте кристаллов образуются неправильные формы. Главным образом это наблюдается в тех случаях, когда по тем или иным причинам нарушается равномерный приток питающего раствора (например, в средах с увеличившейся вязкостью, в коллоидальных растворах и др.). В этих случаях наибольшее питание получают вершины и ребра растущих кристаллов, т. е. участки кристаллических структур, наименее насыщенные валентностью. Это приводит иногда к искривлению граней с образованием воронкообразных углублений, а нередко к последовательному нарастанию кристалликов друг на друга (главным образом по вершинам). В результате образуются так называемые кристаллические скелеты, или дендриты, с определенным расположением ветвей в пространстве. Часто на концах таких ветвей наблюдаются утолщения и образование более крупных и более правильных кристаллических индивидов. Объясняется это, вероятно, тем, что во время кристаллизации вещества перенасыщение раствора в прилегающих участках падает и наступают более нормальные условия для роста кристаллов.
Следует заметить, что кристаллы могут расти не только в жидких средах, т. е. за счет диффундирующих к кристаллу пересыщенных порций раствора, но также и в воздушной или газообразной среде при условии питания насыщенным раствором по капиллярным каналам. Об этом убедительно свидетельствует следующий опыт. Если в стакан с насыщенным раствором поваренной соли опустить хорошо смачивающуюся раствором хлопчатобумажную нить, то через некоторое время в условиях воздушной среды на нити образуются кристаллические агрегаты за счет раствора, подымающегося под влиянием капиллярных сил вверх. В воздушной среде этот раствор за счет испарения воды подвергается сильному пересыщению, что и обусловливает кристаллизацию растворенного в нем вещества на хлопчатобумажной нити. Нет никакого сомнения в том, что при медленном испарении растворителя таким путем могут возникнуть и хорошо образованные кристаллы. Многим, вероятно, известны также случаи роста из влажной почвы игл льда, наблюдаемых после ясных морозных ночей. Подобные же иглы вырастают в воздухе в результате медленного высыхания влажных порошков легкорастворимых в воде солей, например хлористого кальция.
Весьма возможно, что встречающиеся в пустотах длинно-игольчатые кристаллы многих минералов возникли этим путем.
Наконец, образование кристаллов может происходить в газообразной среде и без питания жидким раствором, т. е. в случаях перехода вещества из парообразного состояния сразу в твердое при соответствующих температурах (ниже температуры плавления) и давлениях. Примером может служить образование снежинок в виде звездчатых кристаллов в воздухе или различных минералов как продуктов возгона в районах вулканической деятельности.
Во многих случаях характерной особенностью кристаллов и кристаллических зерен является наличие в них мельчайших включений посторонних веществ (твердых, жидких, газообразных). Большей частью ими обусловливается мутность или непрозрачность кристаллов. Они легко обнаруживаются при рассматривании под микроскопом тонких пришлифованных пластинок. Лишь в непрозрачных минералах установление жидких и газообразных включений сопряжено с некоторыми трудностями.
Эти посторонние вещества, как показывает изучение их пространственного распределения, очевидно, механически захватывались кристаллом в процессе его быстрого роста. Они располагаются внутри него нередко вдоль определенных кристаллографических направлений. Таковы, например, включения вулканического стекла (затвердевших капелек магмы) в кристаллически-зональных плагиоклазах, или маточного жидкого раствора солей К, Na, Ca и др. или пузырьков газа, обычно в смеси с жидкостью, в мутных кристаллах кварца, кальцита, топаза и других минералов.
Любопытно, что газово-жидкие включения при нагревании при определенной температуре становятся обычно однородной жидкостью (газ растворяется в жидкости), а по охлаждении газовый пузырек вновь обособляется. Этим путем в ряде случаев можно приблизительно установить температуру, при которой шла кристаллизация минерала, захватывавшего мельчайшие капельки раствора.
В некоторых случаях в газово-жидких включениях наблюдается даже третья, твердая фаза (например, кристаллики NaCl). При нагревании эти кристаллики, как показал Н. П. Ермаков, растворяются в жидкости первыми, а затем исчезает и газовый пузырек.
Кроме первичных газово-жидких включений в кристаллах обнаруживаются также более поздние, вторичные включения, приуроченные к «залеченным» трещинкам в кристаллах (Г. Г. Леммлейн). Характерно, что во вторичных газово-жидких включениях исчезновение газового пузырька в капельках жидкости при нагревании наступает раньше, чем в первичных включениях. При дальнейшем нагревании в тех и других случаях происходит растрескивание кристаллической массы (столь сильное давление создается в жидких включениях).
Если какой-либо раствор, пропитывающий данную породу, взаимодействует с ней по реакции обменного разложения, то при этом, как правило, возникают новообразования за счет всей породы или некоторых составляющих ее минералов. Такой процесс носит название процесса замещения, или метасоматоза. Примерами могут служить замещение кальцита гипсом при реакции с водой, содержащей серную кислоту:
CaCO3 + H2O + H2SO4 = CaSO4 2H2O +CO2,
Кальцит гипс
или замещение сфалерита ковеллином при реакции с раствором сульфата меди:
минерал кристалл переохлажденный гомогенный
ZnS + CuSO4 = CuS + ZnSO4.
сфалерит раствор ковеллин раствор
В случае избирательного метасоматоза (т. е. при замещении каких-либо определенных минералов породы) вновь образованный минерал, воспринявший внешнюю форму, а иногда и особенности внутреннего строения старого минерала, носит название метасомы. В частном случае, когда замещению подвергается какой-либо кристалл, мы будем иметь дело с псевдоморфозой, т. е. с чуждой для данного минерала кристаллической формой. При коллоидальном замещении опалом или сульфидами железа органических остатков, например древесины, нередко сохраняются все особенности их строения. Наряду с этим в природе распространены случаи возникновения хорошо образованных кристаллов, развившихся путем метасоматоза в твердых средах (породах). Такие образования называются метакристаллами и известны лишь для некоторых минералов. Примером являются прекрасно образованные кубические кристаллы пирита в сланцах, мраморах и других породах. Метакристаллы часто содержат внутри остатки незамещенных минералов вмещающей породы. Они нередко возникают вдоль направлений тончайших, почти незаметных трещин в породах, что говорит о несомненно более позднем их образовании по сравнению с породой. Процессы перекристаллизации и преобразования минералов, совершающиеся в твердых средах, происходят под влиянием существенного изменения физико-химических факторов равновесия систем, в частности, в условиях так называемого регионального метаморфизма.
2. ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ МИНЕРАЛООБРАЗОВАНИЯ
Для выяснения условий генезиса (происхождения) какого-либо данного комплекса минералов важно не только установить способ их образования, но также увязать его с теми геологическими процессами, которые совершаются в земной коре и приводят к образованию самых различных по составу горных пород и руд месторождений полезных ископаемых. Эти вопросы детально освещаются в специальных курсах петрографии и учения о месторождениях полезных ископаемых. Мы здесь приведем лишь самые общие положения по этим вопросам, поскольку это необходимо будет в дальнейшем при описании отдельных минералов.
Все минеральные массы, возникшие в результате тех или иных геологических процессов, по источнику энергии, за счет которой они происходили, делятся на следующие две главные генетические группы:
1. эндогенные (изнутри рожденные), образующиеся при процессах, протекающих за счет внутренней тепловой энергии земного шара; минералы, возникающие в результате этих процессов, являются продуктами магматической деятельности (в широком смысле слова); горные породы и месторождения полезных ископаемых образуются в результате кристаллизации самой магмы и различных отщеплений от нее; процессы минералообразования протекают на различных глубинах и при различных, но обычно высоких температурах;
2. экзогенные (извне рожденные), возникающие при процессах, совершающихся за счет внешней солнечной энергии, получаемой поверхностью земного шара; источником вещества являются обнажившиеся и разрушающиеся на поверхности Земли разнообразные породы и руды различного происхождения; процессы минералообразования развиваются в самой поверхностной части земной коры при низких температурах и давлениях, близких к атмосферному, в условиях взаимодействия физических и химических агентов атмосферы, гидросферы и биосферы.
Как эндогенные, так и экзогенные минеральные массы после их образования, при изменившихся внешних условиях существования претерпевают те или иные превращения (метаморфизм). Особенно сильные превращения в составе и строении минеральных масс происходят при так называемом региональном метаморфизме, когда массы горных пород и связанные с ними месторождения вследствие крупных тектонических нарушений попадают из областей их первоначального образования в более низкие зоны земной коры. Эти процессы глубинного метаморфизма совершаются в условиях относительно высоких температур и давлений.
3. Эндогенные процессы минералообразования
Наши знания об эндогенных процессах минералообразования основываются на представлениях о деятельности магматических очагов, располагающихся в нижних частях земной коры. Сами процессы, совершающиеся на значительных глубинах, недоступны нашему наблюдению. Лишь в районах действующих на земной поверхности вулканов мы можем получить некоторые данные, позволяющие иметь суждения о глубинных процессах. С другой стороны, данные изучения состава, структурных особенностей, условий залегания и взаимоотношений различных изверженных пород и пространственно связанных с ними месторождений полезных ископаемых также дают возможность получить некоторые представления (в соответствии с физико-химическими законами) о закономерностях, свойственных эндогенным процессам минералообразования.
Согласно этим представлениям, магмы являются сложными по составу силикатными огненно-жидкими расплавами, в которых принимают участие и летучие составные части.
В тех случаях, когда значительные массы магмы в силу тех или иных причин, не достигая самой поверхности, проникают в верхние части земной коры, они под большим внешним давлением подвергаются медленному остыванию и дифференциации, продукты которой в результате кристаллизации дают начало различным изверженным силикатным породам. При этом тяжелые металлы (такие, как Sn, W, Mo, Au, Ag, Pb, Zn, Сu и др.), присутствующие в магмах в ничтожных количествах, с летучими компонентами (H2O, S, F, Cl, В и др.) образуют летучие соединения и по мере кристаллизации магмы концентрируются в верхних частях магматических очагов. В одних случаях с их помощью образуются остаточные силикатные растворы, при кристаллизации которых возникают так называемые пегматиты, содержащие минералы C F, В, Be, Li, Zr, а иногда с редкоземельными элементами, и др. В других случаях они в виде газообразных продуктов удаляются из магматических очагов, оказывая сильные контактные воздействия на вмещающие породы, с которыми вступают в химические реакции. Наконец, в виде водных растворов-гидротерм - они уносятся вдоль трещин в кровлю над магматическими массивами, образуя нередко богатые месторождения главным образом металлических полезных ископаемых. Лишь немногие тяжелые металлы остаются в магме и в процессе ее диференциации концентрируются в некоторых горных породах внутри магматических массивов.
В тех случаях, когда магма достигает земной поверхности и изливается в виде лав, летучие компоненты, освобождающиеся при этом, уходят в атмосферу. В соответствии с указанной последовательностью развития магматического цикла явлений различают следующие этапы эндогенных процессов минералообразования:
1. магматический (в собственном смысле слова),
2. пегматитовый,
3. пневматолито-гидротермальный.
Магматические процессы.
Магматические процессы совершались во все геологические эпохи и приводили к образованию огромных масс изверженных горных пород.
По условиям образования различают прежде всего две главные группы этих пород:
а) эффузивные (экструзивные), т. е. излившиеся на земную поверхность в виде лав или застывшие в непосредственной близости ее в условиях низкого внешнего давления, и
б) интрузивные, застывшие на глубине под высоким давлением в виде больших грибообразных, пластообразных и неправильной формы массивов.
Эффузивные породы при быстром остывании не успевают полностью раскристаллизоваться и потому в своем составе содержат в том или ином количестве вулканическое стекло и часто обильные округлые пустоты (в пузыристых лавах), свидетельствующие о выделении газообразных продуктов вследствие резкого уменьшения внешнего давления. Интрузивные породы, наоборот, представляют собой полнокристаллические породы.
Явления дифференциации в магмах, как было указано, приводят к образованию различных по химическому и минеральному составу и удельному весу горных пород. В зависимости от содержания кремнезема и других компонентов среди изверженных пород различают:
а) ультраосновные, богатые MgO и FeO, но наиболее бедные SiO2 (дуниты, пироксениты - в интрузивных и пикриты - в эффузивных комплексах);
б) основные, более богатые SiO2 и богатые Al2O3 и CaO, но более бедные MgO, FeO (габбро, нориты - в интрузивных и базальты, диабазы, порфириты - в эффузивных комплексах), и
в) кислые, богатые SiO2 и обогащенные щелочами, но более бедные по сравнению с предыдущими CaO, FeO, MgO (граниты, гранодиориты и другие породы - в интрузивных, липариты, кварцевые порфиры и прочие породы - в эффузивных комплексах).
Рис. Диаграмма химических составов главнейших интрузивных изверженных пород
На рис. представлены данные о содержании элементов в виде различных окислов для главнейших представителей интрузивных пород.
На этой диаграмме легко видеть, как меняется состав ультраосновных, основных и кислых изверженных горных пород. Особняком от них стоит лишь семейство нефелиновых сиенитов, богатых щелочами (Na2O и K2O и Al2O3, но более бедных SiO2, CaO, FeO и MgO.
В ряде интрузивных массивов, где диференциация магмы проявилась более совершенно, кислые разности пород располагаются в верхних частях, а более тяжелые по удельному весу основные и ультраосновные породы-в более глубоких частях, у постели массивов.
Рудные месторождения магматического происхождения встречаются лишь в ультраосновных и основных изверженных породах. К ним принадлежат месторождения Cr, Pt и других металлов платиновой группы, Cu, Ni, Co, Fe, Ti и др. а из неметаллических полезных ископаемых - месторождения алмаза, фосфора в щелочных породах и др. Пегматитовые процессы. Процессы образования пегматитов протекают в верхних краевых частях магматических массивов и притом в тех случаях, когда эти массивы формируются на больших глубинах (несколько километров от поверхности Земли), в условиях высокого внешнего давления, способствующего удержанию летучих компонентов в магме в растворенном состоянии.
Пегматиты как геологические тела (с этим понятием о пегматите нельзя смешивать чисто структурный термин "пегматит", как смесь кварца и полевого шпата, закономерно проросших друг друга и, притом, в определенных количественных соотношениях ("письменный гранит", "еврейский камень"). Подобные образования распространены главным образом в гранитных пегматитах, топаз, турмалин), минералы бериллия (берилл), лития (литиевые слюды), иногда редких земель, ниобия, тантала, олова, вольфрама и др) наблюдаются в виде жил или неправильной формы залежей, иногда штоков, характеризующихся необычайной крупнозернистостью минеральных агрегатов. Мощность жилообразных тел достигает нередко нескольких метров, а по простиранию они обычно прослеживаются на десятки, реже сотни метров. Большей частью пегматитовые тела располагаются среди материнских изверженных пород, но иногда встречаются в виде жилообразных тел и во вмещающих данный интрузив породах.
Необходимо указать, что пегматитовые образования наблюдаются среди интрузивных пород самого различного состава, начиная от ультраосновных и кончая кислыми. Однако наибольшим распространением пользуются пегматиты в кислых и щелочных породах. Пегматиты основных пород не имеют практического значения.
По своему составу пегматиты немногим отличаются от материнских пород - главная масса их состоит из тех же породообразующих минералов. Лишь второстепенные (по количеству) минералы, да и то не во всех типах пегматитов, существенно отличаются по составу, так как содержат в себе ценные редкие химические элементы, часто в ассоциации с минералами, содержащими летучие компоненты. Так, например, в гранитных пегматитах в дополнение к главнейшим породообразующим минералам (полевые шпаты, кварц, слюды) наблюдаются фтор- и борсодержащие соединения
Рис 4. Строение пегматитовой жилы Мурзинка (Урал). По A. E. Ферсману, 1 - гранит, 2 - зона аплита, 3 - 'письменный гранит'; 4 - крупнокристаллические массы полевого шпата и кварца, 5 - 'занорыш' (полость с друзами кристаллов)
Во многих пегматитовых телах наблюдается зональное строение и довольно закономерное распределение минералов. Например, в пегматитах Мурзинского района на Урале (рис. 4) внешние зоны у контакта с вмещающими гранитами сложены светлой тонкозернистой породой (аплитом). Ближе к центральной части жилы они сменяются зонами "письменного гранита" (кварца и полевого шпата, закономерно проросших друг друга). Далее следуют зоны крупнокристаллических масс полевого шпата и кварца. В центральных участках пегматитовой жилы встречаются полости ("занорыши"), стенки которых устланы друзами крупных хорошо образованных кристаллов горного хрусталя, топаза и других драгоценных камней.
В тех случаях, когда пегматиты проникают во вмещающие интрузив породы, особенно богатые щелочными землями (MgO, CaO), их минеральный состав существенно отличается от состава пегматитов, залегающих в материнских породах. Парагенезис минералов в этих случаях указывает на активные реакции, происходившие в процессе взаимодействия растворов с вмещающими породами. Устанавливаются такие ассоциации минералов, в составе которых участвуют не только элементы магмы (Si, Al, щелочи и др.), но и боковых пород (MgO и CaO), которые на контакте с пегматитами сами сильно изменяются. Такого рода пегматиты, по классификации А. Е. Ферсмана, относятся к пегматитам "линии скрещения", в отличие от вышерассмотренных "пегматитов чистой линии".
Происхождение пегматитов еще нельзя считать до конца разгаданным. А. Е. Ферсман рассматривал их как продукт кристаллизации остаточных расплавов, обогащенных летучими соединениями. В последнее время А. Н. Заварицкий на основании физико-химических соображений допускает возможность образования крупнокристаллических масс путем перекристаллизации под влиянием газов магматического остатка, получающегося в процессе кристаллизации материнской магмы. Однако в том и другом случаях пегматиты образуются в конце собственно магматического процесса и занимают как бы промежуточное положение между глубинными магматическими породами и рудными гидротермальными месторождениями.
Пневматолитно-гидротермальные процессы.
Пневматолито-гидротермальные процессы по существу являются уже явно постмагматическими, т. е. протекают после того, как главный процесс кристаллизации магмы в глубинном массиве в основном закончился.
Явления пневматолиза ("пневма" по-гречески - газ) могут иметь место в тех случаях, когда расплавы, насыщенные летучими компонентами, кристаллизуются в условиях сильно пониженного внешнего давления. Вследствие этого в известный момент возникает парообразование и происходит дестилляция (перегонка) вещества. Процессы этого рода должны совершаться в тех случаях, когда магмы застывают на средних или небольших глубинах, либо при извержениях у земной поверхности.
Рис. 5. Схема геологического разреза контактово метасоматического месторождения Черным показаны рудные залежи (магнетитовые руды)
В первом случае летучие соединения устремляются к вмещающим породам и, химически реагируя с ними, производят так называемый контактовый метаморфизм. При этом в боковых породах и в кровле, пропитывающихся растворами, протекают химические реакции. Степень метаморфизма и состав получающихся продуктов в значительной мере зависят не столько от температуры сколько от химической активности раствора и состава реагирующих с ними пород. Наблюдениями установлено, что наиболее интенсивные изменения происходят среди контактирующих с магматическими массивами известняков и других известковистых пород. В результате реакций в этих случаях путем замещения или, как говорят, метасоматоза образуются так называемые скарны (рис. 5), состоящие преимущественно из силикатов Са, Fe, Al и др. Химический состав их показывает, что источником для их образования послужили как вмещающие породы (известняки, доломиты и др.), так и составные части магмы. Характерно, что вдоль контакта, как это показали наши ученые (А. Н. Заварицкий и Д. С. Коржинский), одновременно происходит изменение и в интрузивных породах, успевших застыть к моменту проявления описываемого процесса. При этом минералы магматических пород замещаются новообразованиями, состав которых показывает, что имеет место привнос элементов из карбонатных толщ (Ca, Mg). В связи со скарнами нередко образуются крупные месторождения (рис. 5) железа (гора Магнитная на Ю. Урале), иногда вольфрама, молибдена и некоторых других металлов.
Во втором случае, т. е. когда магмы извергаются на земную поверхность, явления пневматолиза, естественно, достигают максимального значения. Огромные количества летучих соединений выносятся в атмосферу. Однако в трещинах остывших лав, на стенках кратеров вулканов и в окружающих других породах часто можно наблюдать образование продуктов возгона (сублимации) таких минералов, как самородная сера, нашатырь, минералы бора и др. Отмечаются и метасоматические реакции, но они выражены слабее, нежели в предыдущем случае.
Рис. 6. Общая схема расположения гидротермальных образований Крестиками показаны изверженные породы
Гидротермальные процессы в глубинных условиях развиваются в кровле, на некотором удалении от непосредственного контакта с изверженными породами. Остаточные парообразные растворы, используя для своего продвижения системы трещин, возникающих при внедрениях магмы в кровле магматических очагов (рис. 6), постепенно охлаждаются, сжижаются, превращаясь в горячие водные растворы-гидротермы.
Наиболее благоприятные условия для проявления гидротермальных процессов создаются на малых и средних глубинах (до 3-5 км от поверхности). Главная масса гидротермальных образований пространственно и генетически связана с интрузивами кислых пород (гранитов, гранодиоритов и др.). Сфера циркуляции раствора, начинаясь почти от верхних частей магматических очагов, достигает иногда дневной поверхности. В районах проявления недавнего вулканизма до сих пор действуют горячие минерализованные источники, отлагающие кремнистые осадки с весомыми количествами сернистых соединений Hg, Sb, As, Pb, Cu и др. (Стимбот-Спрингс в Неваде, Сольфор-Бэнк в Калифорнии и др.).
По мере удаления от магматических очагов в сторону земной поверхности гидротермальные растворы встречают среду, постепенно обогащающуюся кислородом; при этом внешнее давление соответственно падает; температуры снижаются предположительно от 400 до нескольких десятков градусов. Эти факторы, естественно, влияют на ход химических реакций и на минеральный состав гидротермальных образований. По преобладанию тех или иных ассоциаций минералов эти образования совершенно условно делят на высоко-,средне- и низкотемпературные. Это, конечно, не означает того, что среди высокотемпературных образований не могут встречаться ассоциации минералов, кристаллизующихся при низких температурах. Даже в пегматитах и контактово-метаморфических образованиях всегда устанавливаются более низко-температурные минералы гидротермального происхождения. Они свидетельствуют лишь о заключительных стадиях процесса отложения минералов, начавшегося при высоких температурах.
Образование гидротермальных растворов продолжается, очевидно, весьма длительное время - в течение всей жизни магматического очага. На основании анализа фактических данных о соотношениях различных месторождений, составляющих один рудный узел, C.C.Смирнов пришел к выводу о пульсирующем, прерывистом движении рудоносных растворов. Об этом говорят нередко наблюдающиеся признаки наложения более поздних этапов минерализации на более ранние.
Рис. 7. Серия маломощных кварцевых жил, обнаженных в обрыве По Д. И. Щербакову. Белое слева - снег
Формы минеральных тел зависят от конфигурации выполняемых пустот и, отчасти, от состава горных пород, в которых происходит циркуляция растворов. В случае заполнения трещин образуются прерывающиеся жилы (рис. 7), корни которых иногда залегают в верхних частях магматических массивов. При отложении минералов в мельчайших порах и пустотах образуются вкрапленники. Если растворы на своем пути встречают химически легко реагирующие породы (например, известняки), то возникают часто неправильной формы метасоматические залежи. Если растворы внезапно попадают в большие раскрывшиеся полости, то вследствие резкого уменьшения давления должно происходить массовое испарение растворителя (воды), а в связи с этим, по крайней мере в первое время, резкое пересыщение растворов и выпадение коллоидальных масс. Действительно, признаки метаколлоидных образований на стенках жил встречаются очень часто, особенно в тех случаях, когда эти процессы были связаны с неглубоко залегающими интрузивами. Широко распространены также пустоты с друзами различных кристаллов.
Минеральный состав гидротермальных месторождений крайне разнообразен. Жилы в подавляющем большинстве случаев представлены массами кварца, которые включают в себе скопления разнообразных минералов, чаще всего сернистых соединений металлов. Нужно сказать, что именно из гидротермальных месторождений добывается главная масса руд редких (W, Mo, Sn, Bi, Sb, As, Hg отчасти Ni, Со), цветных (Cu, Pb, Zn), благородных (Au и Ag), а также радиоактивных металлов (U, Ra, Th).
4. Экзогенные процессы минералообразования
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. 8), постепенно теряет свой кислород в процессе происходящих реакций окисления, гидратизации и карбонатизации.
Рис. 8. 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. 8).
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 крутопадающие, 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. 9. 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. 9), 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 прогрессирующем 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 Са, 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 выветривании 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). По-видимому, 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. 10. 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. 10). 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.).
Список литературы
Интернет ресурсы:
http://geo.web.ru/db/msg.html?mid=1159819&uri=p6.htm
http://www.mineral.nsu.ru/educat/article/3/index.html
http://geoschool.web.ru/
А. Г. Бетехтин, КУРС МИНЕРАЛОГИИ, М. 2007г.
И.В. Сергеева, Пособие по минералогии ( физические свойства минералов), Пермь 2010
Практическое руководство по общей геологии, ред. проф. Н.В.Короновского, М., Академия, 2007
Размещено на Allbest.ru
Подобные документы
Изучение геологических процессов, происходящих на поверхности Земли и в самых верхних частях земной коры. Анализ процессов, связанных с энергией, возникающих в недрах. Физические свойства минералов. Классификация землетрясений. Эпейрогенические движения.
реферат [32,3 K], добавлен 11.04.2013Кольцевые, цепочечные и слоистые типы структур кристаллов. Рентгеновские методы исследования минералов. Гидротермальные процессы минералообразования. Катакластический, ударный метаморфизм и автометаморфизм - процессы преобразования горных пород.
контрольная работа [6,1 M], добавлен 03.08.2009Основные сведения о строении, свойствах и росте кристаллов. Учение о кристаллографических символах. Симметрия пространственных решеток. Характеристика горных пород. Предмет современной минералогии как науки. Процессы образования минералов в природе.
курс лекций [852,6 K], добавлен 05.05.2012Классификация, химический состав и кристаллическая структура минералов, изоморфизм и полиморфизм. Физические процессы, определяющие рост кристаллов. Эволюционные закономерности построения минералов, их значение для познания биологической эволюции.
реферат [2,2 M], добавлен 30.08.2009Исследование основных законов геометрической кристаллографии. Характеристика строения кристаллов по типу пространственной решётки. Закономерные сростки кристаллов. Простые формы кристаллов высшей категории и кубической сингонии. Комбинации простых форм.
реферат [2,3 M], добавлен 01.07.2016Процессы образования и распространения офиолитовой формации в эвгеосинклиналях. Характеристика магматических формаций платформ и мобильных поясов. Породы группы нефелиновых сиенитов-фонолитов. Агпаитовый порядок кристаллизации магматических горных пород.
контрольная работа [27,4 K], добавлен 01.11.2009Исследование генезиса минералов как процесса происхождения каких-либо геологических образований. Основные типы генезиса: эндогенный, экзогенный и метаморфический. Методы выращивания кристаллов: из пара, гидротермального раствора, жидкой и твердой фазы.
реферат [2,6 M], добавлен 23.12.2010Генерация минералов, относительный возраст. Примеры разновозрастных генераций минералов и последовательности минералообразования. Методика построения генетических моделей. Кристаллы кварца, барита. Составление графических моделей минеральных агрегатов.
контрольная работа [5,1 M], добавлен 20.03.2016Макроформы рельефа материков. Срединно-океанические хребты, океанические глубоководные желоба, разломы. Эндогенные и экзогенные процессы рельефа. Гипотеза Вегенера о дрейфе материков. Движущиеся литосферные плиты. Образование гор и горных хребтов.
реферат [662,0 K], добавлен 20.02.2011Понятие и особенности минеральных видов, их признаки. Полиморфные модификации веществ, свойства минеральных индивидов. Нахождение минералов в природе. Характеристика физических, оптических, механических свойств минералов. Наука минералогия, ее задачи.
реферат [161,3 K], добавлен 09.12.2011
