Лекция №2 Минеральный и петрографический состав земной коры

1. Определение понятия «Минерал»

2. Процессы минералообразования

3. Основные свойства минералов

4. Классификация минералов

Земная кора сложена горными породами. Минералы входят в состав горных пород, хотя иногда создают и свои отдельные скопления. Минералы изучает наука минералогия, а горные породы - петрография.

Вопрос 1. Минералы

Минералами называются природные химические соединения, возникающие в результате различных процессов, протекающие в земной коре. Минералы являются составными частями горных пород и руд, они отличаются друг от друга по химическому состав и физическим свойствам (цвет, плотность, твердость, блеск и т.д.).

В природе насчитывается около 4000 минеральных видов и примерно такое же количество их разновидностей. Практическое значение минералов огромно. Нет ни одной отрасли промышленности, где бы ни использовались те или иные полезные ископаемые, состоящие из различных минералов.

Некоторые минералы сами по себе представляют ценные полезные ископаемые и применяются в народном хозяйстве в естественном виде, например слюды, алмаз, сера, кварц, каменная соль и т.д. Значительная часть минералов содержит в себе ценные компоненты, которые извлекаются из них путем технологической обработки и используются в промышленности и сельском хозяйстве. Так получают практически все металлы, многие виды химического сырья, удобрения и др. Ряд минералов используется как драгоценные и поделочные камни, абразивные и строительные материалы и т.п.

Каждый минерал образуется в конкретных физико-химических условиях и характеризуется определенными пределами устойчивого состояния. В случае резкого повышения или понижения температуры, давления и концентрации химически активных компонентов минералы подвергаются изменениям, которые могут привести или к разрушения последних, или к замещению их другими минералами, устойчивыми в новых термодинамических условиях.

Вопрос 2. Происхождение минералов

Условия, в которых образуются минералы в природе, отличаются большим разнообразием и сложностью. Все многочисленные процессы, в результате которых происходит образование (генезис) минералов, можно разделить на три большие группы.

Эндогенные процессы, происходящие внутри Земли и связанные с магматической деятельностью. Минералообразование протекает в условиях высоких температур и больших давлений. Эти процессы весьма сложны и большей частью недоступны непосредственным наблюдениям (за исключением вулканических процессов).

Образование минералов происходит в результате застывания силикатного расплава, называемого магмой. С точки зрения физической химии, магма представляет собой многокомпонентную силикатную систему, содержащую газовую фазу. В магме может находиться в растворенном состоянии до 8-10% газовой фазы (летучих компонентов).

Предполагается, что химические элементы находятся в расплаве в виде комплексных анионов [SiO₄], [AlO₄], [AlSiO₄], [AlSi₃O₈] и свободных катионов металлов (Na⁺, Ca²⁺, Mg²⁺, Fe²⁺, Fe³⁺ и т.д.).

Что касается газовой фазы, то она представлена в большей или меньшей степени диссоциированной водой, а также СО₂, СН₄ и др.

Таким путем образуются, например, кварц и различные силикаты. Эндогенные минералы обычно плотные, с большой твердостью, стойкие к воде, кислотам и щелочам.

Экзогенные процессы совершаются на поверхности земной коры. При этом процессе минералы формируются на суше и водной среде. В первом случае их образование связано с процессом выветривания, т.е. с разрушительным воздействием воды, агрессивных сред, колебаний температуры на эндогенные минералы. Так образуются глинистые минералы (каолин, гидрослюда и др.), различные железистые соединения (сульфиды, оксиды и др.). Во втором случае минералы формируются в процессе выпадения химических осадков из водных растворов (галит, сильвин и др.). В экзогенных процессах ряд минералов образуется также за счет жизнедеятельности различных организмов (опал и др.).

Экзогенные минералы разнообразны по свойствам. В большинстве случаев они имеют низкую твердость, активно взаимодействуют с водой или растворяются в ней.

Метаморфические процессы заключаются в глубоком преобразовании ранее сформировавшихся минералов вследствие изменения физико-химических условий (температуры, давления и концентрации химически активных компонентов). Под воздействием высоких температур и давлений, а также магматических газов и воды на некоторой глубине в земной коре происходит преобразование (метаморфизм) минералов и горных пород, ранее образовавшихся в экзогенных процессах. Минералы изменяют свое первоначальное состояние, перекристаллизовываются, приобретают плотность, прочность. Так образуются многие минералы-силикаты (роговая обманка, актинолит).

Следует указать, что в природе нет четких границ между всеми названными процессами, они тесно между собой связаны. Примером минералообразования, связанным с развитием одновременно нескольких процессов, может служить осадконакопление на дне морей и океанов при подводных извержениях вулканов. Естественно, что при этом образуется осадочная порода, но вместе с типично осадочным материалом она состоит в значительной степени из пепла, а слои осадочных пород часто перемежаются с потоками лав. Таковы, например, осадочно-вулканогенные образования.