Утворення мінералів.

Процеси у природі дуже різноманітні і часто досить складні. Вони протікають в різних термодинамічних умовах на протязі тривалого часу.

Одним із найважливіших завдань мінералогії і є вияснення походження (генезису) мінералів, яке потрібне геологам, перш за все, для того, щоб знати де шукати ту чи іншу мінеральну сировину. Засновником генетичного напрямку в мінералогії був академік В.І.Вернадський (1863-1945) і його талановитий учень – академік О.Е.Ферсман (1883-1945). Згідно їх наукових висновків, мінерали, що виникли в результаті фізико-хімічних і процесів у земній корі і на її поверхні, – стійкі в певних інтервалах температур, тиску, складу і кількості речовини, які їх оточують. При зміні цих умов мінерал стає нестійким і його речовина переходить у інший або у кілька мінералів.

Отже, виявлення умов утворення будь-якої асоціації мінералів неможливо без урахування геологічних процесів, як глибоко в надрах Землі, так і на її поверхні.

Магматичне утворення мінералів відбувається при повільному охолодженні магми. Магма – первинний силікатний розплав, в якому при надходженні його з мантії в земну кору або на її поверхню і при застиганні утворюється багато мінералів. Дослідники вважають, що в надрах земної кори речовина починає викристалізовуватись при температурі 700-900⁰С, а при виливі на поверхню – при температурі 1000-2000⁰C.

Викристалізація мінеральної речовини при зниженні температур магми йде в певній послідовності. Першими утворюються високотемпературні мінерали: магнетит, хроміт, титаніт, циркон та інші. Потім кристалізуються залізо-магнезіальні мінерали: олівін, піроксени, рогова обманка, за ними – польові шпати, останніми – слюди і кварц.

З магматичним процесом мінералоутворення пов'язані контактно-метаморфічний, пегматитовий, пневматолітовий і гідротермальний процеси, які проходять послідовно по мірі віддалення від магматичних інтрузивних тіл.

Контактно-метаморфічне утворення мінералів відбувається в зоні контакту магматичного тіла з оточуючими породами. При цьому оточуючі породи під впливом високих температур і тиску, міняються докорінно в результаті повної або часткової заміни одних мінералів іншими, або утворення зовсім, які не характерні ні для магматичних, ні для осадочних порід. Особливо великі зміни відбуваються при контакті магми з карбонатними породами (вапняками, мармурами). В результаті цього утворюються характерні мінерали: гросуляр (зелена різовидність гранату) і цінний мінерал волластоніт. Багато мінералів утворюється тоді, коли в зону контакту починають поступати гарячі мінеральні розчини. В такому випадку утворюються породи під назвами “скарн”, ”березит”, ”грейзен”. Для них характерні піроксени, гранати, різновидності корунду, магнетит, сульфідні, нікелеві, хромітові, молібденові руди.

Пегматитове (від гр.  -скріплення, зв'язок) утворення мінералів відбувається паралельно з магматичною викристалізацією в інтрузивних тілах, але тоді, коли температура магми уже значно понизилась. В цю стадію основна маса заліза, магнію та інших елементів уже увійшла до складу магматичних мінералів. Але в залишковому розплаві, який має температуру від 700⁰С до 200⁰С, концентрується багато кремнію алюмінію, натрію, калію та литких компонентів (парів води, рідкісних і рідкоземельних елементів).

По мірі накопичення литких елементів – збільшується їх тиск, що створює дуже сприятливі для мінералоутворення умови. Залишковий розплав під великим тиском легко проникає у порожнини і тріщини, що утворились навколо інтрузивного тіла де і відбувається викристалізація мінералів. Таким шляхом в окремих пегматитових камерах може нерідко утворюватися до 100-150 видів мінералів, а всього в так званих гранітних пегматитах (найбагатших на мінерали) геологи нарахували більше 300 видів. Отже, з терміном "пегматит" пов'язані три поняття: походження мінералів, геологічне тіло і назва породи, утворення якої зв'язане з інтрузивним магматизмом, про що розповідається далі.

Розміри пегматитових камер досягають у довжину іноді до 3-5 км і в ширину до 100-120 м. При такому просторі і багатому та тривалому надходженні мінеральної речовини, в них виростають великі, іноді навіть гігантські кристали. Так, наприклад, в пегматитах Карелії був знайдений кристал польового шпату вагою в кілька сотень тон, а на Мадагаскарі – берилу до 380 т при довжині до 18 м (не ювелірної якості). Знайдені також кристали кварцу вагою до 75 т (в Росії), мусковіту – більше 77 т (в Індії), біотиту з площиною пластини до 7 кв. м (в Норвегії), сподумену вагою до 90 т і довжиною до 16 м при товщині біля 1 м (в США), з якого добувають літій. Відомий також ювелірної якості топаз вагою 117 кг (Україна, Житомирщина), турмаліну – з довжиною кристалів до 2-3 м (Цейлон). В пегматитах є також багато рідкісних мінералів, з яких добувають цезій, рубідій, вольфрам, торій, уран, ніобій, тантал і рідкоземельні елементи.

Утворення мінералів відбувається також на значній відстані від магматичного тіла (до кількох км), де тиск значно менший. При охолодженні магми виділяються мінералізовані і перегріті пари води, різні сполуки газів з металами, а також леткі сполуки бору, сірки, вуглецю та інші. Цей процес мінералоутворення називається пневматолітовим (від гр.  – подув і літос – камінь). Так утворюються ті ж самі мінерали, що у пегматитах: кварц, топаз, слюди, флюорит, берил та інші.

Коли після подальшого охолодження магми і газів утворюються гарячі водні розчини (переважно з температурами від 400 до 100⁰ С, які циркулюють по тріщинах і порожнинах), вони також приводять до утворення багатьох мінералів. Цей процес називається гідротермальним. Серед гідротермальних мінеральних жил виділяють високо-, середньо- і низькотемпературні. В них відповідно утворюються різні групи мінералів.

Високотемпературні жили, які знаходяться на великих глибинах (навіть до 10 км), утворюються на невеликій відстані від магматичного тіла при температурі 400-300⁰С і високому тиску. Тут виростають кристали переважно кварцу, топазу, мусковіту, польових шпатів, а також мінералів, з яких добувають молібден, вольфрам, олово. В цих же умовах утворюється золото і срібло. Середньотемпературні жили виникають на меншій глибині і на більшій відстані від магматичного тіла при температурах від 200 до 300⁰С. В них появляються мінерали, з яких добувають мідь, цинк, свинець, срібло. Тут же часто зустрічаються кальцит і барит.

Низькотемпературні жили виникають на малих глибинах і найдальше від магматичного тіла при температурах менше 200⁰С і незначному тиску. В таких жилах відкладаються барит, флюорит, кварц, кальцит, сурма, ртуть, миш'як.

Отже, в жилах можна зустріти мінерали пегматитового, пневматолітового і гідротермального походження. В зв'язку з тим, що жили бувають досить великими (до 200 км – золоторудні в Каліфорнії, США), широкими і глибокими (кілька км), то виділяється окремий жильний тип родовищ корисних копалин.

Всі розглянуті типи мінералоутворення відносяться до так званих ендогенних (внутрішніх) процесів.

На поверхні або біля поверхні Землі, в результаті екзогенних (зовнішніх) процесів, мінерали можуть утворюватись: в результаті фізичного і хімічного руйнування уже існуючих мінералів і гірських порід, після чого з`являються нові мінерали і породи (каолініт, боксит, опал та інші); в результаті відкладання на дні водойм різноманітних речовин, що приносяться з суші потоками (лімоніт, гіпс, галіт та інші); життєдіяльності організмів – бактерій, найпростіших, багатоклітинних, молюсків та інших, які відбирають розчинені сполуки і концентрують їх в собі. Після відмирання цих організмів, що відбувається безперервно на протязі багатьох мільйонів років, утворюються цілі товщі порід, збагачені на фосфорити, самородну сірку, руди заліза і марганцю

Важливу роль в утворені мінералів в екзогенних умовах відіграють колоїдні розчини. В результаті випадання із них гелів утворюється такі мінерали, як халцедон, гідроксиди заліза і марганцю, марказит та інші мінерали.

Велика кількість мінералів утворюється при вивітрюванні рудних родовищ, в результаті чого з`являються вторинні мінерали. Наприклад, при хімічному вивітрюванні сульфідних руд утворюються сульфати, оксиди, карбонати тощо. В результаті формуються цілі зони окислення сульфідних родовищ, зверху яких знаходиться зона так званої "залізної шляпи". В зоні окислення цієї "шляпи" появляються малахіт, азурит, хризокола, опал та багато інших.

Отже, ми розглянули основні умови утворення мінералів. Але є ще ряд закономірностей, які дозволяють краще зрозуміти способи їх викристалізації і поширення в надрах Землі: ці "секрети" криються в типоморфних ознаках, генераціях і парагенезисах мінералоутворення.

Типоморфні ознаки дозволяють нам до певної міри наближення встановити склад і температуру утворення мінералів, що часто відображається в змінах кольору мінералу, міняється в залежності від змін фізико-хімічних умов середовища. Є цілий ряд мінералів – індикаторів, які вказують на температуру їх утворення: сфалерит змінюється при підвищенні температури від коричневого до чорного кольору, гранат міняє свій хімічний склад і появляються його різновиди в залежності від того, в яких геохімічних умовах він утворюється. Якщо в пегматитових тілах ми знаходимо рожевий і поліхромний турмалін, то це вказує на те, що поряд з ним є мінерали з рідкісними металами (літій, цезій, тантал, ніобій). Мінерал каситерит має різну форму кристала в залежності від того де він утворився – в пегматитових чи гідротермальних умовах.

Генерацією називають певне взаємовідношення мінералів. Причому, нерідко один і той же мінерал (наприклад, кварц) може утворюватись в кількох генераціях, маючи різний колір, огранку і величину кристалів. Ці особливості враховуються геологами при пошукових і розвідувальних роботах.

Парагенезис – це сумісне утворення мінералів. Причому утворюється не два, як можна зрозуміти, а ціла група мінералів в певних фізико-хімічних умовах. Знання цих закономірностей дає можливість не тільки професіоналам, а й любителям успішно знаходити цілі групи мінералів. Так, наприклад, парагенетична асоціація руд включає в себе свинцеві, цинкові, мідні і срібні руди. Є асоціації пегматитів, скарнів, гідротермальних жил (причому різних температур) і т. д.