Классификация минералов по химическому составу исходит из химического состава и кристаллического строения
Так как каждый минерал представляет собой определенное химическое соединение с характерной структурой, современная классификация минералов исходит из химического состава и кристаллического строения. Существует десять классов минералов: силикаты, карбонаты, окислы, гидроокислы, сульфиды, сульфаты, галоиды, фосфаты, вольфраматы
и молибдаты, самородные элементы.
Для наиболее распространенных в природе минералов класса силикатов широко используется классификация по структурным признакам: островные -оливни, гранат, силлиманит, мелинит; кольцевые -берилл; цепочечные-пироксены; ленточные-амфиболы, роговые обманки; листовые-слюды, хлориты, каркасные-полевые шпаты, фельдшпатоиды. Характеристики основных породообразующих минералов приводятся ниже.
Распределение минеральных видов между отдельными классами минералов и их содержания в земной коре
Силикаты. Наиболее многочисленный и распространенный класс минералов. Для силикатов характерен сложный химический состав
и изоморфные замещения одних элементов и комплексов элементов другими. Общим для всех силикатов является наличие в анионной группе
кремнекислородных тетраэдров [SiO4]4- в различных сочетаниях. Общее количество минеральных видов силикатов около 800. По распространенности на долю силикатов приходится более 75% от всех минералов литосферы.
Силикаты являются важнейшими породообразующими минералами, из которых сложена основная масса горных пород (полевые шпаты, слюды, роговая обманка, пироксены, оливин, хлорит, глинистые минералы). Самыми распространенными в природе являются минералы группы полевых шпатов.
2. Карбонаты. Карбонаты – соли угольной кислоты. Это многочисленная группа минералов, из которых многие имеют значительное распространение. Наиболее широко они распространены на земной поверхности и в верхней части земной коры. Карбонаты встречаются, в основном, в осадочных и метаморфических (мрамор) горных породах. Большинство карбонатов безводные и представляют собой простые соединения, главным образом Ca, Mg и Fe с комплексным анионом [CO3]2-. Характерные представители класса карбонатов кальцит, доломит, малахит, сидерит, магнезит.
3-4 .Окислы и гидроокислы. Окислы – соединения элементов с кислородом, в гидроокислах присутствует также вода. В земной коре на долю окислов и гидроокислов приходится около 17%. Наиболее распространенными минералами этого класса являются окислы Si, Al, Fe, Mn, Ti, при этом минерал кварц SiO2 – самый распространенный минерал на земле (около 12 %). В кристаллических структурах минералов класса окислов катионы металлов находятся в окружении анионов кислорода О2- (в окислах) или гидроксила [ОН] 1- (в гидроокислах). Характерные представители: кварц, корунд, магнетит, гематит– окислы; лимонит, боксит– гидроокислы.
5. Сульфиды. Сернистых и аналогичных им минералов насчитывается более 200 видов, но общее их содержание в земной коре не велико, около 1%. С химической точки зрения они являются производными сероводорода H2S. Происхождение сульфидов главным образом гидротермальное, а также магматическое, редко – экзогенное. Минералы класса сульфидов образуются, как правило, на глубине, ниже границы проникновения в земную кору кислорода атмосферы.
Попадая в приповерхностную область, сульфиды разрушаются, кроме того, реагируя с водой и кислородом, они образуют серную кислоту, которая агрессивно воздействует на горные породы. Таким образом, сульфиды являются вредной примесью в природных строительных материалах. Наибольшее распространение имеют сульфиды железа– пирит, халькопирит; другие представители
–галенит, сфалерит, киноварь.
6. Сульфаты. Сульфаты – соли серной кислоты. Многие из них растворимы в воде, поскольку являются осадками морских или озерных соленых водоемов. Некоторые сульфаты являются продуктами зоны окисления; известны сульфаты и как продукты вулканической деятельности. На долю сульфатов приходится 0,5% массы земной коры. Различают сульфаты безводные и водные, содержащие кроме общего для всех анионного комплекса[SO4]2- также добавочные анионы(ОН)1-.Представители: барит, ангидрит – безводные, гипс, мирабилит – водные.
8. Фосфаты. Минералы этого класса представляют собой соли фосфорной кислоты; кристаллическая структура этих минералов характеризуется наличием анионных комплексов [РО4]3-.Преимущественно это редкие минералы; наиболее широко распространены минерал-магматического происхождения апатит и имеющие тот же химический состав осадочные биогенные фосфориты.
10. Самородные элементы. В самородном состоянии в природе известно около 40 химических элементов, но большинство из них встречается очень редко; вообще самородные элементы составляют около 0,1% массы земной коры. В самородном состоянии встречаются металлы– Au, Ag, Cu, Pt, Sn, Hg; полуметаллы – As, Sb, Bi и неметаллы – S, C (алмаз и графит).
Горные породы и их многообразие Горные породы — это вещество, слагающее земную кору. Состоят горные породы из минералов, однородных или неоднородных, которые твердо или рыхло соединяются. Нередко они состоят из сцементированных обломков различных пород, иногда с присутствием вулканического стекла. Горные породы сформировались в результате внутриземных или поверхностных геологических процессов. Строение породы определяется ее структурой и текстурой. Под структурой понимают особенности соединения минеральных зерен, их размеры и формы. Одни породы состоят из крупных кристаллических зерен; другие — из мельчайших кристаллов, видимых только в микроскоп; третьи — из стекловидного вещества; четвертые — комбинированные, когда на фоне мельчайших кристаллов или стекловидного вещества встречаются отдельные крупные кристаллы. Под текстурой понимают взаимное расположение и распределение слагающих породу минералов. Различают следующие виды текстуры: массивная текстура: никакого порядка в размещении минералов не наблюдается; слоистая: порода состоит из слоев разного состава; сланцевая: все минералы плоские и вытянутые в одном направлении; пористая: вся горная порода пронизана порами; пузырчатая: в горной породе есть пустоты от выделившихся газов. По происхождению горные породы подразделяются на: Магматические. Эти горные породы образуются из расплавленной магмы при ее остывании и затвердевании. Строение этих пород зависит от скорости остывания магмы. На глубине в земной коре она остывает медленнее, чем на поверхности. При этом образуются плотные горные породы с крупными кристаллами минералов. Их называют глубинными магматическими породами. К данной разновидности относится, например, гранит, имеющий зернистое строение. Гранит (итал. granito — зернистый) — самая распространенная горная порода на Земле. Он состоит из кварца, калиевого полевого шпата, кислого плагиоклаза и слюды. В гранитном слое содержится разнообразие цветных, драгоценных и редких металлов. В океанической земной коре слой гранита отсутствует. Гранит широко применяется в хозяйстве, он используется как декоративный и строительный материал. Магма, прорвавшаяся на поверхность по трещинам и разломам, застывает быстрее. Поэтому горные породы, образованные излившейся магмой, состоят из мелких кристаллов, их иногда трудно различить невооруженным глазом. Они обычно плотные, тяжелые, твердые. Примером такой горной породы может служить базальт (лат. basaltes — камень). Это наиболее распространенная на Земле вулканическая горная порода черного или темно-серого цвета. Это очень прочная кислотоупорная и железосодержащая горная порода. Данные ее свойства используются для изготовления кислотоупорной аппаратуры, изоляторов сильного электротока. Базальт в отшлифованном виде становится красивым облицовочным камнем. Им вымощена Красная площадь в Москве. Изливаясь по трещинам, магма создает обширные базальтовые пространства (Средне-Сибирское плоскогорье). Наслаиваясь один на другой, эти покровы образуют ступенчатые возвышенности — траппы. Толщина этих покровов достигает сотен метров, а площади, занятые ими, — сотни тысяч квадратных километров. Кроме покровов, базальт образует нижний слой земной коры, в состав которого входит большое количество железа. В том случае, если магма содержит много газов, она при излиянии вспенивается, газы улетучиваются, и образуется магматическая порода, которая имеет губчатое, пористое строение. К таким горным породам относится пемза. Она легкая и не тонет в воде. Вместе с тем пемза достаточно твердая и используется как шлифующий материал. Осадочные. Эти породы, в отличие от магматических, образуются только на поверхности земной коры в результате оседания под действием силы тяжести и накопления осадков на дне водоемов и на суше. По способу образования осадочные горные породы делятся обычно на группы: а) обломочные. Они состоят из обломков различных пород. Происхождение их связано с процессами выветривания, перемещения обломков текущими водами, ледником или ветром и накопления их (см. Аккумуляция). При этом обломки дробятся, измельчаются, окатываются. В зависимости от размеров обломочные породы бывают крупно-, средне- и мелкообломочные. К горным породам такой группы относятся щебень, галька, гравий, песок, глина. Многие из них используются как строительный материал; б) химические. Горные породы, относящиеся к этой группе, образуются из водных растворов минеральных веществ. Это оседающие на дно водоемов калийная и поваренная соль. Из воды горячих источников выпадает кремнезем. Многие из горных пород этой группы используются в хозяйстве. Например, калийные соли — сырье для получения калийных удобрений; в) органические, или органогенные (греч. organon — орган и genes — рождающий). К этой группе относятся осадочные породы, состоящие в основном из остатков растений и животных, накопившихся за миллионы лет на дне озер, морей, океанов. Сюда входят: горючие полезные ископаемые: газ, нефть, уголь, горючий сланец; фосфориты: фосфатный ракушечник, скопление костей; известняки: известняк, мел, ракушечник. Органические горные породы образуют многочисленные ценные полезные ископаемые, широко использующиеся в хозяйстве. Для этой группы осадочных горных пород характерна слоистая текстура. Между слоями можно найти остатки и отпечатки растений и животных. Осадочные горные породы покрывают земную поверхность почти сплошь. Они составляют 70% толщи земной коры, образуя ее верхний слой, толщина которого может доходить до 25 км. Метаморфические. Это породы, первоначально образованные как осадочные или магматические и претерпевшие изменения в недрах Земли (греч. metamorphomai — преображаюсь, подвергаюсь превращению). Вследствие воздействия высокого давления, температур и химических растворов в нижней части земной коры или в мантии происходит уплотнение, перекристаллизация, изменение структуры и текстуры горной породы без существенного Базальты (42.5%) Граниты (21.6%) изменения ее химического состава. При этом существенно преобразуется одна горная порода в другую, более стойкую и твердую, без ее растворения или расплавления. Например, известняк превращается в кристаллическую породу — мрамор, песчаник — в кварцит, гранит — в гнейс, глина — в глинистые сланцы. Метаморфические горные породы так же, как и магматические и осадочные, используются в хозяйстве. Например, железистый кварцит используется в качестве железной руды (Курская магнитная аномалия), а глинистые сланцы — как кровельный материал.
Быстрые движения - те, которые происходят с высокой скоростью, которая на несколько порядков выше вековых (медленных).
Подразделил все тектонические движения на медленные и быстрые М. В. Ломоносов.
Быстрые движения - это те, которые приводят к землетрясениям.
Примеры: разрывные движения (надвиги, сбросы, разломы, сбросы, горсты, грабены) и складчатые движения (моноклинали, синклинали, складки и пр.)
Медленные тектонические движения и методы их изучения
Медленные тектонические движения иначе называют вековыми, или колебательными, или эпейрогеническими (создающими материки). Вековые движения не изменяют геометрии слоев горных пород, а приводят к изменению их пространственного положения.
Вертикальные колебательные движения ведут к длительному и медленному погружению или воздыманию крупных участков литосферы (площадью в десятки и сотни тысяч квадратных километров). Скорость таких движений обычно составляет 1 – 2 мм/год, и почти никогда не превышает 1– 2 см/год. Так, на территории Беларуси величина медленных движений изменяется от –1,2 мм/год (в районе Орши) до +5,5 мм/год (в окрестностях Баранович). Благодаря тому, что знак направления движения не изменяется на протяжении тысяч и миллионов лет, вековые движения оказываются в состоянии изменить абсолютную высоту территории на несколько километров. В результате происходит изменение физико-географических условий местности и, как следствие, смена характера протекающих на ней экзогенных процессов. Так, тектоническое погружение суши ведет к морской трансгрессии, а значит к накоплению морских отложений, то есть к формированию осадочного чехла и выравниванию рельефа. Наоборот, тектоническое поднятие обуславливает морскую регрессию и подъем суши. В этих условиях на суше активизируются эрозионные процессы, возрастает расчлененность рельефа, вместо накопления осадков происходит их разрушение и снос, а в прибрежной зоне формируются морские террасы. Необходимо иметь в виду, что характер представленных на поверхности пород и морфологические особенности рельефа территории зависят не только от направления и скорости вертикальных тектонических движений, но и от характера протекающих на поверхности экзогенных процессов. Последние, в свою очередь, контролируются климатом и особенностями рельефа. Так, интенсивность денудации увеличивается с ростом высоты гор, а скорость аккумуляции с ростом глубины бассейна. Положительные формы рельефа возникнут лишь тогда, когда скорость тектонического воздымания будет большей, чем скорость денудации. Наоборот, глубоководный морской бассейн сформируется только при условии высокой скорости тектонического погружения и низкой скорости осадконакопления. И, наконец, равнинные территории суши возникают в двух случаях. Во-первых, когда совпадают скорости подъема и денудации (тогда возникают денудационные равнины, на поверхности которых отсутствуют молодые осадочные породы). Во-вторых, когда совпадают скорости погружения и аккумуляции (тогда возникают аккумулятивные равнины, поверхность которых сложена самыми молодыми осадочными породами).
Среди причин, вызывающих медленные тектонические движения, можно назвать процессы горообразования в прилегающих областях, а также внедрения в земную кору огромных интрузивных тел. Кроме того, колебательные тектонические движения иногда могут быть обусловлены чисто экзогенными процессами. Например, развитие гигантских ледниковых покровов ведет к погружению суши, а таяние ледников – к ее подъему. Колебательные тектонические движения, связанные с возникновением или исчезновением дополнительной нагрузки на литосферу, называются изостатическими или компенсационными.
Горизонтальные медленные движения отличаются еще большей устойчивостью во времени. В силу этого амплитуда горизонтальных подвижек литосферных блоков может достигать нескольких тысяч километров, несоизмеримо превышая амплитуду вертикальных смещений. Горизонтальные движения являются главной причиной формирования океанов и массивов суши. И даже более того, можно утверждать, что именно медленные горизонтальные движения лежат в основе почти всех других эндогенных процессов (см. главные тектонические гипотезы).
Тектонические структуры литосферы и земной коры
Крупнейшие тектонические структуры по их значимости можно расположить в следующем порядке.
Суперглобальные структуры – имеют площадь в десятки миллионов квадратных километров и протяженность в тысячи километров. Развитие их проходит на протяжении всего геологического этапа истории планеты.
Глобальные структуры – занимают площади до десяти и более миллионов квадратных километров, протягиваются на несколько тысяч километров. Время их жизни совпадает с предыдущими структурами.
Субглобальные структуры – охватывают несколько миллионов километров квадратных, длина их достигает тысячи километров и более. Время развития превышает один миллиард лет.
Помимо названных, выделяются также структуры более мелких порядков.
В первую очередь, на основании единства движения, а также сравнительной монолитности, необходимо выделить такие суперглобальные структуры, как литосферные плиты. Принято выделять семь крупнейших плит и от одиннадцати до тринадцати более мелких. Крупнейшими плитами являются Евразийская, Африканская, Северо-Американская, Южно-Американская, Индо-Австралийская, Антарктическая, Тихоокеанская. В числе мелких плит можно назвать Филиппинскую, Аравийскую, Кокос, Наска, Карибскую и др. Во-вторых, важнейшими являются разломные структуры,разделяющие собою литосферные плиты.
Среди разломных структур, в первую очередь, выделяются рифты, которые подразделяются на срединно-океанические и континентальные. Срединно-океанические рифты образуют собою глобальную систему, протяженностью более 64 000 км. В качестве примеров континентальных рифтов можно привести величайший на планете Восточно-Африканский, а также Байкальский. Другой разновидностью разломных структур являются трансформные разломы, перпендикулярно рассекающие рифты. По линиям трансформных разломов происходит горизонтальное проскальзывание (сдвиг) прилегающих к ним частей литосферных плит.
В пределах участков литосферных плит с материковым строением земной коры, выделяются такие глобальные структуры, как платформы и горно-складчатые области.
Платформы – это жесткие, малоподвижные блоки земной коры, прошедшие длительный этап геологического развития, и имеющие трех ярусное строение. Платформы состоят из кристаллического фундамента (базальтовый и гранито-гнейсовый слои) и осадочного чехла. Кристаллический фундамент сложен смятыми в складки слоями метаморфических пород. Вся эта сложно дислоцированная толща во многих местах прорвана интрузиями (преимущественно кислого и среднего состава). По возрасту формирования кристаллического фундамента платформы подразделяются на древние (докембрийские) и молодые (палеозойские и, реже, раннемезозойские). Древние платформы являются ядрами всех материков и занимают их центральную часть. Молодые платформы размещаются на периферии древних или между древними платформами. В составе осадочного чехла господствуют недислоцированные слои шельфовых, лагунных, реже континентальных осадков.
В пределах древних платформ, по особенностям геологического строениявыделяют такие субглобальные структуры, как щиты и плиты. Щит – участок платформы, где кристаллический фундамент выходит на поверхность (т.е. где нет осадочного слоя).
Щиты возникают при тектоническом воздымании территории, в результате которого господствуют процессы денудации. В рельефе щиты обычно представлены плоскогорьями (Бразильский щит), а реже возвышенностями (Донецкий щит). Плиты – это платформы (или их участки) с мощным осадочным слоем. Образование плит связано с тектоническим погружением платформы, и, соответственно, с морской трансгрессией. На поверхности платформ плитным территориям чаще всего соответствуют низменности, а также возвышенности.
Более мелкие структурные подразделения в пределах осадочного чехла древних платформ представлены суперрегиональными структурами, площадь которых составляет сотни тысяч квадратных километров, а протяженность – до нескольких сот километров. Их развитие происходит во время накопления осадочного чехла и измеряется сотнями миллионов лет. Суперрегиональные структуры подразделяются на региональные, а последние, в свою очередь, на структуры еще более мелких порядков. Среди суперрегиональных структур необходимо назвать антеклизы, синеклизы и моноклинали.
Антеклизы – крупнейшие положительные структуры плитных участков с выпуклой формой поверхности фундамента и осадочным чехлом небольшой мощности. Антеклизы формируются в режиме тектонического воздымания территории, поэтому на них могут отсутствовать многие горизонты, представленные на соседних отрицательных структурах. В пределах антеклиз можно выделить такие региональные структуры, как массивы и выступы.
Массивы являются высшими частями антеклиз, в которых фундамент либо выходит на поверхность, либо перекрывается осадочными породами четвертичного возраста. Выступы – это части массивов, антеклиз, представляющие собой изометричные или вытянутые поднятия фундамента диаметром до 100 км. Иногда выделяют погребенные выступы, над которыми осадочный чехол хотя и имеется, но представлен сильно сокращенным разрезом (по сравнению с окружающими отрицательными структурами). Синеклизы – крупнейшие отрицательные суперрегиональные структуры плитных участков с вогнутой поверхностью фундамента, плоским дном и очень пологими (доли градуса) углами падения слоев на склонах. Синеклизы возникают в режиме тектонического погружения территории, в силу чего характеризуются повышенной мощностью осадочного чехла. Региональными структурами, подобными синеклизам, являются имеющие изометричную форму впадины и линейно вытянутые прогибы. Моноклинали – тектонические структуры с односторонним наклоном слоев, угол падения которых редко превышает 1°. В зависимости от ранга положительных и отрицательных структур, между которыми располагается моноклиналь, ее ранг также может быть разным. Среди региональных структур осадочного чехла необходимо упомянуть горсты, грабены (см. «Дизъюнктивные дислокации») и седловины. Седловины – региональные образования, занимающие промежуточное положение по относительной высоте своей поверхности. Седловины лежат выше окружающих их отрицательных структур, но ниже окружающих положительных.
Горно-складчатые области, характеризующиеся резким возрастанием мощности земной коры, формируются при конвергенции литосферных плит. Большинству горно-складчатых областей, особенно молодых, характерна повышенная сейсмичность.
Основополагающим принципом их разделения является возраст складчатости, устанавливаемый по возрасту самых молодых смятых в складки слоев. Соответственно, горные массивы подразделяются на байкальские, каледонские, герцинские, киммерийские и альпийские. Такое разделение является достаточно условным, поскольку большинством ученых признается непрерывность складкообразования во времени. Другими словами, в истории Земли не было обще планетарных этапов тектонической активности и покоя. Горообразование происходит непрерывно, проявляясь то в одном, то в другом месте. Следовательно, выделение байкальской и других складчатостей определяет лишь временные рамки начала и завершения крупных исторических этапов тектонического развития планеты.
По тектоническому строению ныне существующие горно-складчатые области можно разделить на структуры складчатые и складчато-глыбовые.
Складчатые массивы представлены в молодых (альпийского и, отчасти, киммерийского этапов складкообразования) горно-складчатых поясах.
Складчато-глыбовые (омоложенные, возрожденные) сооружения формируются при оживлении вертикальных и горизонтальных тектонических подвижек в пределах ранее образованных и, часто, уже разрушенных складчатых систем. Поэтому складчато-глыбовое строение особенно характерно регионам палеозойских и более древних этапов складчатости. Рельеф складчатых массивов в целом соответствует конфигурации изгибов слоев горных пород, что далеко не всегда проявляется в складчато-глыбовых образованиях. Так, в молодых складчатых горах структурам антиклинальных складок (или антиклинориев) соответствуют горные хребты, а структурам синклинальных складок (или синклинориев) – межгорные долины (прогибы).
Внутри горно-складчатых областей и на их периферии выделяются соответственно межгорные и предгорные (краевые, передовые) прогибы и впадины. На поверхности этих структур залегают грубообломочные продукты разрушения гор – молассы. Образование предгорных прогибов происходит в результате субдукции литосферных плит, то есть, по сути, предгорные прогибы являются реликтами глубоководных желобов.