Образование минералов

Образование минералов происходит в различных областях земной коры и на ее поверхности при определенных для каждого из них физико-химических условиях, обусловленных сочетанием давления, температуры и концентрации веществ.

С изменением условий они в большинстве случаев изменяются или переходят с различной скоростью в другие соединения, более устойчивые в новой обстановке.Таким образом каждый минерал является носителем определенных свойств , отражающих термодинамические условия его образования.

Свойства минерала выражаются в его химическом и внутреннем строении, которые позволяют отличить один минерал от другого и более или менее постоянны для каждого из них(хотя могут быть подверженны и незначительным колебаниям). Минераллы могут состоять либо из одного химического элемента( сера, алмаз, графит и другие), либо из химических соединений ряда элементов( кварц, слюда, ортоклаз и другие).Они бывают твердыми( поваренная соль, малахит, кварц), жидкими( ртуть, вода) и газообразными( метан, сероводород, и другие).

Большинство минералов -твердые кристаллические тела. В настоящее время известно около 7000 названий минералов. Из них приблизительно 2500 являются самостоятельными минералами, остальные названия относятся к их разновидностям и соединениям, полученным искусственным путем.Большая часть минералов встречается очень редко и только около 50 из них составляют основную массу горных пород и называются поэтому породообразующими.

Все минеральные массы возникающие в результате тех или иных геологических процессов, по источнику энергии, за счет которой они образовались, делятся на три главные генетические группы: эндогенные( внутри рожденные), экзогенные( извне рожденные) и метаморфические ( преобразованные), рожденные при изменившихся условиях своего первоначального существования.Такое строгое деление на три генетические группы применяется лишь для горных пород, поскольку часть минералов может возникать в любой обстановке и в ряде случаев можно лишь указать какое происхождение для них будет главным ( приводящим к наибольшим их количествам).

Последнее обстоятельство не может, однако помешать рассмотреть процессы генезиса одновременно для минералов и горных пород. Эндогенные процессы связаны в основном с глубокими частями земной коры, где господствуют высокие температуры ( Т=1200 ÷ 1300°С) и большие давления (3 ·10 5-8·10 5 МПа). На глубине порядка 60-200 км вещество Земли может расплавиться с локальным образованием магмы. Магма ( греч. тесто, густая мазь) — это многокомпонентный силикатный расплав, содержащий летучие вещества и пары воды.

Минералы и горные породы, образующиеся из магмы при остывании ее на глубине или при излиянии на поверхность Земли, называют магматическими или изверженными.Разнообразие минералогического состава магматических пород позволяет сделать предложение о существовании магм разного химического состава. Основным компонентом магмы является кремнекислота SiO2,составляющая от 35 до 80% всей ее массы. По среднему содержанию SiO2 все магмы делят на кислые и (65-75%), средние (52-65%), основные( 40-53%) и ультраосновные (<40%).Каждой из этих магм соответствуют такие же типы горных пород и их минеральные комплексы.

Летучие газообразные и парообразные вещества в магме повышают ее кристаллизационную способность и уменьшают вязкость. Они понижают точки плавления минералов, изменяя тем самым порядок их выпадения из расплава. Летучие соединения удерживаются в расплаве до тех пор, пока внешнее давление больше внутреннего давления в магме. При спаде внешнего давления они устремляются вверх по трещинам окружающих интрузии пород, вынося с собой такие тяжелые металлы, как свинец, цинк, олово, серебро, вольфрам, железо и бериллий, в виде легкоподвижных соединений.

Среди глубинных процессов минералообразования выделяют -собственно магматические и постмагматические ( пегматитовые, пневматолитовые, гидротермальные). Все они обусловлены эволюцией магмы, ее дифференциацией. Дифференциация -это совокупность всех физико-химических процессов, приводящих к разделению первичной магмы на ряд вторичных составляющих, отличающихся по физическому и химическому состоянию и ведущих к образованию всех известных магматических горных пород и минералов.

Различают два типа дифференциации-собственно магматическую и кристаллизационную. Магматическое минералообразование связано непосредственно с остыванием магмы на глубине при постепенном падении давления и температуры, вызывающими расщепление расплава или магматическую дифференциацию.Последняя возможна как по плотности, так и за счет ликвации. Первоначальный расплав разделяется на несколько несмешивающихся частей в силу различия их состава. Механизм этого явления напоминает отделение капли или слоя маслянистых веществ в сосуде со смесью масла и воды и называется ликвацией.

При разделение значительную роль играет удельная сила тяжести -гравитационная дифференциация, что приводит к обособлению сульфидной (тяжелой) части расплава и образованию иногда крупных месторождений сернистых никеля и железа. В этих обособленных участках уже расщепившейся магмы при соответствующих температурах и давлениях начнут застывать сначала кристаллы наиболее тугоплавких минералов, а потом и легкоплавких. Начнет происходить разновременная кристаллизационная дифференциация. В горной породе образовавшейся таким путем, одни минералы будут обладать более правильными очертаниями зерен, а другие-как бы цементировать их, заполняя оставшиеся между ними промежутки.

Помимо последовательной кристаллизации возможна также и одновременная полная кристаллизация из магматического расплава двух и большего количества компонентов. Поднимаясь по трещинам к поверхности, магма на своем пути захватывает, расплавляет и усваивает (ассимилирует)различные горные породы, что ведет к созданию дополнительных разновидностей самой магмы, а значит и магматических пород.Если обломки горных пород будут ассимилированы не полностью, то образуются ксенолиты ( останцы) пород, обычно сильно измененные с поверхности. Последний процесс называется контаминацией.

Образование горных пород

Пегматитовый процесс является своеобразной завершающей стадией магматического минералообразовани, когда в верхних краевых частях застывающего массива оказываются сосредоточенными наиболее поздние порции остаточного магматического раствора, сильно обогащенные летучими соединениями ряда элементов с хлором, фтором и бромом. Эти соединения активно замещают ранее образованные минераллы и на их месте отлагают новые, комплексы которых называют пегматитами, а процесс -пегматитовой фазой развития магматического очага. Процесс идет на глубине 3-8 км от поверхности Земли при температуре 300-900°С.

Обязательным условием образования пегматитов является постоянство высокого давления, способствующего удержанию летучих компонентов в магме в растворенном состоянии , а также температуры и состава.Только при этих условиях могут образовываться кристаллы-гиганты и структуры прорастания, типичные для пегматитов.

Пневматолитовый и гидротермальный процессы минералообразования связаны с эволюцией остаточных перегретых магматических расплавов и растворов, обогащенных летучими компонентами. При уменьшении внешнего давления газовые расплавы могут отделяться от интрузии и вследствие возгонки и перегонки вещества создавать в окружающих ее тончайших трещинах боковых пород своеобразные неправильные по формам минеральные образования, называемые пневматолитами (пневмагаз).

Эти расплавы богаты хлором, фтором, бромом и фосфором, что делает их очень легкими и подвижными. Именно поэтому созданные ими минеральные скопления принято называть также возгонными.Предполагается , что они могут возникнуть на глубинах 3-6 км при температуре 400-600°С. Образование минералов в процессе возгонки возможно и на поверхности Земли при вулканических извержениях. Гидротермальная фаза обособляется обычно при температурах ниже 400°С( критическая точка воды 374°С) в широком диапазоне давлений. При гидротермальных процессах минералы и их комплексы образуются из горячих восходящих истинных или коллоидных растворов.

Процесс можно представить в следующем виде.Отделившиеся от магмы пары воды с растворенными в них химическими соединениями, циркулируя по трещинам, часто переносятся на значительные расстояния .попав в обстановку более низких температур и давлений, они постепенно охлаждаются, сжижаются, образуют перегретые растворы -гидротермы. При высоких температурах и сравнительно больших давлениях эти растворы химически очень активны и подобны кислотам.

Они растворяют различные металлы. По мере удаления от магматического очага( на 4,5-6 км от поверхности Земли) и постепенного охлаждения растворяющая способность гидротерм падает, часть растворенных ранее соединений выпадает в осадок в виде минералов гидротермального происхождения, заполняющих трещины. Эти заполненные минеральным веществом трещины называют гидротермальными жилами.

Экзогенные или гипергенные ( поверхностные ) процессы связаны с верхними зонами земной коры, характеризующимися низкими температурами и давлениями.Сложный комплекс действующих на поверхности Земли процессов приводит к разрушению первичных магматических пород и минералов. Это разрушение может быть чисто механическим( физическим), заключающимся в том, что монолитные горные породы превращаются в обломки разной величины и формы, которые в процессе последующих преобразований образуют группу обломочных осадочных горных пород.

Воздействие на породы и минералы различных химических агентов атмосферы, гидросферы и биосферы приводит к изменению их состава и появлению новых минеральных соединений, устойчивых в данной обстановке. Минераллы и горные породы, образованные таким путем, называют осадочными и подразделяют в зависимости от преобладающего фактора, принимающего участие в их образовании, на химические и органогенные. Таким образом, в результате действия экзогенных сил первичные породы дают начало сложному комплексу видоизмененных, вторичных по происхождению осадочных горных пород.

Образовавшиеся осадочные горные породы могут вновь подвергнуться различным изменениям как на поверхности, так и на глубине. Метаморфические процессы связаны с изменениями осадочных и магматических пород на глубине 6-10 км при высоких давлениях и значительных температурах а также под влиянием газов и паров воды, отделяющихся от магматических очагов.Возникающие в этих условиях преобразованные породы называются метаморфическими. Им свойственны характерные минеральные ассоциации ( читай метаморфизм горных пород).

Зоны действия каждой из описанных групп процессов не являются неизменными.Границы их подвержены различным колебаниям. Глубинная магматическая зона может подняться настолько, что внедрится не только в метаморфическую, но и в верхние слои литосферы а иногда просто выйдет на поверхность в виде вулканических извержений.В общем виде процесс образования и преобразования горных пород и минераллов иллюстрируется рисунком -1.
Рисунок-1. Схема образования и преобразования минераллов и горных пород.

Так, химические элементы и их оксиды в магме образуют первичные магматические минераллы.Их химических элементов, выпавших из растворов или предварительно усвоенных и выделенных организмами, создаются минералы химического и органического происходения. Магматические и осадочные минераллы и горные породы под действием высоких температур, давлений и эманаций магмы преобразуются в метаморфические.

читай далее статью