- Понятие о минералах
Лекция №3
Понятие о минералах и их происхождение. Классификация.
План:
1. Понятие о минералах и их кристаллических строениях.
2. Происхождение минералов.
3. Использование минералов в народном хозяйстве.
Ключевые слова: Источник энергии, эндогенные, экзогенные, метаморфические, магматические, пегматитовые, пневмотолитовые, гидротермальные, гранит, гидротермы, летучие компоненты, выветривание.
Рекомендуемые материалы
Минерал - это продукт физико - химических процессов. По источнику энергии процессы минералообразования разделяются на три большие группы:
I - эндогенные, связанные с внутренней энергией Земли.
II - экзогенные, связанные с энергией Солнца.
III - метаморфические, связанные с метаморфическими процессами.
Эндогенные (глубинные) процессы протекают в недрах Земли и связаны с магматической деятельностью.
Процессы застывания магмы ведут к образованию различных магматических горных пород, а отделяются от магмы газовые и водные растворы переносят различные вещества, которые при соответствующих условиях, например, в трещинах, выделяются в виде минералов.
Образцы минералов №1 10.
Эндогенные процессы связаны с деятельностью магмы. Среди них выделяются:
А) Собственно магматические
Б) Пегматитовые
В) Пневмолитовые
Г) Гидротермальные
А) К собственно - магматическим процессам образования минералов относятся те, при которых минералы образуются непосредственно при кристаллизации магмы. Именно таким образом возникли все минералы, слагающие магматические горные породы. Например, гранит состоит из полевых шпатов, кварца и слюды.
Второстепенные минералы (акцессорные) минералы гранита - апатит, циркон, ортит и другие также имеют магматическое происхождение. Магматическое происхождение имеют многие практически важные минералы - апатит, алмаз, платина, руды хрома, никеля, меди, железа и т.д.
Б) Пегматитовый процесс
При кристаллизации гранитной магмы, образуется остаточный силикатный расплав, богатый соединениями редких и редкоземельных элементов и летучих веществами - минерализаторами. Это силикатный расплав внедряется во вмещающие породы, заполняет в них трещины и полости и кристаллизуясь, образует жильные крупнокристаллические тела - пегматиты.
Пегматиты богаты различными минералами. Кроме главных породообразующих минералов - микроклина, плагиоклазов, кварца и биотита - часто встречаются турмалины, берилл, сподумен, лепидолит, танталит, колумбит, минералы редких земель и другие.
Плакат. Пегматитовые жилы. Образцы……минерала кварц.
Пегматитовые жилы могут иметь длину в несколько километров и несколько десятков мощности.
Минералы пегматитов достигают больших размеров. Например, кристаллы сподумена - минерала, содержащего литий достигают иногда 14 м в длину (США) . Кристаллы дымчатого кварца могут достигать 4 т. (Бразилия), кристалл берилла, найденный в пегматитах Мадагаскара, имел длину 18 м и весил более 300 т.
Пегматитовый процесс один из основных процессов минералообразования, пегматиты являются источником слюды - мусковита, редких металлов - лития, и керамического сырья.
В) Пневмалитовый процесс. («пневма» - по - гречески - «газ»).
Пневматолиз - это процесс образования минералов из газовой фазы. На некоторых этапах кристаллизации магмы возможно отделение газов. По мере продвижения вверх по трещинам эти газы охлаждаются, реагируют друг с другом и вмещающими породами, в результате чего образуются минералы.
Продукты пневматолиза - пневмалиты - разделяются на вулканические и глубинные.
1. Вулканические пневмалиты образуются в вулканических областях за счёт газов, отделяющихся от магмы вблизи поверхности или на поверхности Земли. Вулканические газы в огромных количествах уходят в атмосферу через жерла вулканов и трещин вокруг кратеров. Главными газами при извержениях являются пары воды, HCl, H2S, SO2, CO 2, CO, H2, O 2 и NH4 Cl, хлористые и сернистые соеденения Na, K, Ca. В газах также обнаруживаются хлористые соединения железа, меди, марганца, свинца, соединения бора, фтора, брома, фосфора, мышьяка, сурьмы и др.
В процессе возгона газов трещинах лавовых покровов и кратерах вулканов происходит образование минералов. Преимущественно это хлориды, сульфаты - минералы, легко растворимые и поэтому не наблюдаемые в большом количестве. Обычно все минералы, образующиеся при вулканической деятельности, имеют вид налётов, мелкокристаллических корочек или землистых агрегатов. Примерами образования минералов могут служить следующие реакции:
2FeCl3+2H2O¦Fe2O3+6HCl 2H2S+O2=2H2+2S
|
Образуются минералы (сульфидов) - пирит, марказит, пирротин, халькопирит, сфалерит и др.
2. Глубинные пневмалиты образуются в том случае, когда газы отделяются от магматического очага в недрах земной коры. Они просачиваются сквозь их химический и минеральный состав. Степень химических преобразований пород под действием газов зависит от их химической активности, состава пород, тектонического строения и длительности процесса. К глубинным пневмалитам относят некоторые жильные тела (тела выполнения трещин) и грейзеры. Грейзеры - породы, образовавшиеся благодаря переработке магматическими эманациями (газами и водными растворами) гранитов и жильных магматических пород, а также эффузивов и некоторых осадочно - метаморфических пород, богатых кремнезёмом и глинозёмом. (Рациональное использование природных богатств).
Необходимо привести сведения о грейзенах, использование горячих источников.
В минералогическом отношении в грейзенах резко преобладает кварц. Кроме того, они почти всегда содержат мусковит, часто литиевые слюды, топаз, турмалин, рутил. Из рудных минералов касситерит вольфрамит, в меньшей степени молибденит и арсенопирит. Нередко в грейзенах можно встретить берилл, особенно характерна его прозрачная разновидность цвета морской воды - аквамарин, являющаяся драгоценным камнем.
4. Гидротермальный процесс. Гидротермы - горючие водные растворы, отделяющиеся от магмы или образующиеся в результате ожижения газов. Гидротермальные растворы выносят из магматического очага целый ряд соединений металлов. Обычно гидротермы (растворы) под давлением двигаются вверх, к поверхности земли. При своём движении они используют различные тектонические нарушения, трещины, зоны контактов. По мере удаления растворов от магматического очага температура их падает. В результате падения температуры и реакций с вмещающими породами гидротермы свой груз отлагают в виде минералов.
Гидротермы обычно движутся по трещинам, форма большинства гидротермальных минеральных тел - жильная.
Главнейшим жильным минералом является кварц. Гидротермы могут быть высоко (450-300 о), средне (300-200 о), низкотемпературные (ниже 200 о).
Как правило, высокотемпературные гидротермальные минеральные тела располагаются ближе к интрузии, в то время как низкотемпературные являются наиболее удалёнными. Это ведёт в известной степени к зональному расположению продуктов гидротермального процесса по отношению к той интрузии, которой они обязаны своим происхождением.
Так, ближе к гранитной интрузии и в самом интрузиве располагаются гидротермальные жилы с вольфрамитом, касситеритом, молибденитом, далее - жилы с сульфидами меди, свинца и цинка, серебра, затем сурьмы и ртути. Однако подобная зональность не является строго концентрической, проявляется не всегда и характерна лишь для сравнительно небольших (до 10 мм в поперечнике) гранитных штоков. Гидротермы так же, как и газы, просачиваются сквозь боковые породы, химически реагируют с ними, замещают их, привнося новые соединения.
Так возникают контактно - метасоматические тела, имеющие часто трубчатую или неправильную форму и залегающие большей частью среди карбонатных пород.
При гидротермальной переработки вмещающих пород эти горные породы могут быть сильно изменены. Бак, при действии гидротермальных растворов на богатые магнием ультраосновные породы и доломиты образуются асбест, тальк, магнезит, а действие низкотемпературных сернокислых гидротерм не богатые щелочами породы ведёт к образованию алунита.
Гидротермальное происхождение имеют большинство руд цветных, редких и радиоактивных металлов, золото, а также различные неметаллические полезные ископаемые.
Следует отметить, что гидротермальные работы растворы, несущие оруднение, не обязательно должны быть магматическими. Это основывается на следующем, вместе с осадочными породами в глубокие горизонты литосферы попадают огромные количества воды и газов как в свободном виде (подземные, пленочные и др.), так и в связанном (кристаллизационная, калоидная вода). Вся литосфера как бы пропитывается водой и газами. При этои хорошо известно, что слабоминерализованные близ поверхности подземные воды на глубине превращаются в рассолы с минерализацией до 300 г/л и более.
Температура этих вод на глубине 4-5 км возрастает до 150о С. Многие воды обогащены (за счёт выщелачивания из вмещающих пород)типичными элементами рудных месторождений - медь, свинец, цинк, «летучими» соединениями - сера, фтор, бор, литий и др. Эти высокоцентрированные термальные водные растворы по существу и могут быть растворами, которые мы называем гидротермальными. Они могут переносить элементы в ионной и калоидной формах, в форме сложных различных комплексов, а при изменении условий, отлагать их в виде труднорастворимых соединений минеральных тел. Эти же растворы могут вызывать и метасоматические изменения горных пород и руд.
Экзогенные процессы минералообразования происходит в поверхностной зоне земной коры. Где протекает процесс разрушения минералов и горных пород. Продукты разрушения могут переноситься водными и воздушными потоками на значительные расстояния. Некоторые минералы и породы могут при этом переходить в раствор и мигрировать в в растворённом виде, достигая морей и океанов.
В результате физического выветривания происходит механическое разрушение пород и минералов их дезинтеграция. Обломочный материал либо остаётся на месте, либо переносится водными потоками. Новых минералов при этом не образуется, но в результате механического разрушения, переноса и отложения образуются россыпи - важный источник многих ценных минералов.
При химическом выветривании происходит химическое разложение минералов и образуются новые минералы, устойчивые в поверхности условиях. Здесь прежде всего, надо отметить так называемые остаточные образования. При разложении горных пород, содержащие различные силикаты и алюмосиликаты, происходит вынос растворимых продуктов (соли калия, натрия, кальция, магния), а труднорастворимые продукты - глинозём и кремнезём - остаются на месте разрушения или испытывают незначительное перемещение.
Образование коалита происходит по следующей схеме:
K[Al Si3O3]+CO2+H2O¦Al4[Si4O10](OH)2+K2CO3+SiO2.
Бокситами называют остаточные образования коры выветривания, обогащённые гидроокислами алюминия. Процессы образования каолинита и бокситов носят название соответственно каолинизация и бокситизация. Во вскрытых эрозией рудных жилах первичные (гидротермальные и др.) рудные минералы, в особенности сульфиды, легко разрушаются и переходят во вторичны, окисленные минералы - сульфаты, окислы, карбонаты и другие соединения.
Образцы: Каолинита, боксита ( коробка №31).
В самой верхней части окисления, богатой кислородом, сульфиды окисляются в сульфаты, например,
CuFeS2+4O2=FeSО4+CuSО4
Осадочный процесс. Химическое осаждение минералов может происходить как из истинных, так из калоидных растворов. В озёрах и морях возникали такие условия, когда растворённые вещества не могли больше находиться в растворе и выпадали в осадок. Таково происхождение различных солей: гипса, галита, карнелита и др. (химические осадки). Здесь накопление солей происходит в условиях сухого климата при испарении морских (реже континентальных) вод.
Образцы: Гипса, ангидрита, галита.
Метаморфический процесс минералобразования будет происходить в более глубоких зонах литосферы, где существуют иные термодинамические условия, чем на поверхности. При высоких температурах и давлении происходит обезвоживание, перекритасталлизации и метасоматических явлениях. Образуются минералы как волластонит, гроссуляр.
В контактовой зоне (контактовый метаморфизм) образуются своеобразные породы - скарны. Характерными минералами скарнов являются пироксенными минералами скарнов являются пироксены (диопсид, геденбергит), гранаты (гроссуляр, андрадит) и др.
В связи с тем, что в этой теме много информации (новые термины), поэтому в конце занятия нужно повторить все термины и провести контроль усвоения материала.
Контрольные вопросы:
1. Разделение процессов минералообразования, с чем оно связано?
2. Что такое второстепенные минералы?
3. Почему не все минералы непрозрачные, чистые (напрмер, кварц)?
4. Назовите - существующие (дышащие вулканы)?
5. По происхождению месторождения Кальмакыр, к какому типу относится?
6. Термины - интрузив и эффузив, что это такое?
7. Какие горные породы относятся к карбонатным?
8. Приведите примеры неметаллических полезных ископаемых?
9. Что означает метасоматические изменения горных пород?
10. Каким образом минералы доходят до морей и океанов?
11. Какие рассыпные месторождения ценных минералов знаете?
Рекомендуем посмотреть лекцию "8 - Гидравлические следящие приводы".
Литературы:
1. Якушева А. Ф. «Общая геология». М. Недра 1988.
2. Мильнучук В. И. «Общая геология». М. Недра 1989.
3. Ершов В. В. «Основы геологии». М. Недра 1986.
4. Иванова М. Ф. «Общая геология». М. Недра 1974.
5. Панюков П. Н. «Основы геологии». М. М. Недра 1978.
