14. Химический состав земной коры.
Наиболее распространенными элементами земной коры являются кисло- род, кремний, алюминий, железо, кальций, натрий, калий и магний, которые образуют многочисленные оксиды и кислородные соли, входящие в состав раз- личных минералов и пород. Реальное (усредненное) количество различных элементов в земной коре существенно различается. Например, содержание (кг/м3) железа составляет 130, алюминия — 230, меди — 0,26, олова — 0,1.
У специалистов содержание элементов принято выражать в кларках (обо- значается буквой К). Содержание элементов в кларках представляет собой ус- редненное количество химических элементов в земной коре, выраженное в объ- емных или массовых процентах. Эта единица была предложена геохимиком Ферсманом в честь американского геохимика Френка Кларка, который изучил химический состав более 6 000 видов горных пород. Это исследование показа- ло, что содержание кислорода в земной коре составляет 47 кларков (масс. %), кремния — 30, алюминия — 8, железа — 4, кальция — 3, натрия — 2,5, калия
2,5, магния — 2. Содержание всех остальных элементов (рассеянных) в зем- ной коре достаточно мало, а меньше всего содержание инертных элементов. Оказалось, что рассеянные элементы распределены в земной коре очень нерав- номерно. Поэтому для оценки распространенности элементов на отдельных участках земной коры, помимо усредненных кларков элемента, Вернадский ввел понятие кларк концентрации. Кларк концентрации вычисляется по соот- ношению
Кк = А/К,
где Кк — кларк концентрации, А — содержание элемента в данном регионе, масс. %, К — кларк элемента в земной коре, масс. %.
На планете встречаются участки, где содержание тех или иных элементов гораздо выше усредненных значений. Территории с высоким содержанием цен- ных химических элементов называются геохимическими провинциями, в кото- рых могут быть найдены месторождения полезных ископаемых. Например, уральская провинция отличается высоким содержанием меди, хрома, никеля.
15.Характеристика разных видов горных пород
Состав и строение горных пород зависят от формирующих их геологических процессов. В соответствии с главными геологическими процессами, различают три генетических типа горных пород: 1. Магматические. Эта группа делится на два вида: эффузивные и интрузивные. Эффузивные породы (излившиеся, изверженные) образуются при изливании магмы на поверхность земли и дна океана. К этой группе относятся базальты, диабазы, порфиты и др. Интрузивные или глубинные породы образуются при медленном остывании магмы и под большим давлением в глубинах земной коры и мантии. К этой группе относятся граниты, лабрадориты, габбро. 2. Осадочные. Образуются в результате переотложения продуктов выветривания и разрушения различных горных пород, химического и механического выпадения осадка из воды, жизнедеятельности организмов или всех трех процессов одновременно. К этой группе относятся известняки, песчаники, доломиты и др. 3. Метаморфические. Образованы путем преобразования магматических, осадочных и самих метаморфических горных пород под воздействием высокой температуры, давления и различных химических процессов. К этой группе относятся мраморы, кварциты, сланцы и др.
Каждая группа горных пород имеет свой химико-минералогический состав, что определяет устойчивость породы к различным внешним воздействиям. Горные породы по химико-минералогическому составу подразделяются на сульфатные, силикатные и карбонатные породы.
1. Силикатные породы, где основой является диоксид кремния, – это в своем большинстве изверженного или магматического способа образования породы, такие как гранит, габбро, базальт и другие. Среди осадочных пород – силикатными являются песчаники, а среди метаморфических – кварциты, сланцы и гнейсы. 2. К сульфатным породам относятся породы метаморфического происхождения, например мраморы. 3. Карбонатные породы – это в основном осадочные породы, например известняки и травертины. Химико-минералогический состав породы необходимо учитывать при использовании камня на внешних работах, например при облицовке фасадов зданий. Цокольную часть, стилобаты и любые другие элементы, имеющие непосредственный контакт с дождевой водой, снегом, льдом и химией следует выполнять из силикатных пород, например из гранита. Поля стены, декоративные элементы фасада выше цоколя можно выполнить из любой из вышеперечисленных пород, например из известняка или того же гранита. Камень дольше сохранит свои технические и эстетические свойства, при использовании системы креплений на относе с воздушной прослойкой (вентилируемый фасад). Помимо химико-минералогического состава, на устойчивость горной породы воздействию окружающей среды влияют физико-механические свойства камня. Таким образом, гранит, относящийся к устойчивым силикатным породам, может иметь низкие физико-механические свойства и возможности его использования будут ограниченными. Физико-механические характеристики различных горных пород могут иметь широкий диапазон, например магматические породы, имеют плотность от 2500 до 3200 кг/м3, осадочные от 2000 до 2900 кг/м3 и метаморфические от 2500 до 3000 кг/м3. При этом твердость и прочность камня не всегда находятся в прямой зависимости. По плотности камня не следует судить о его прочности. Иногда, очень твердые породы, такие как габбро и сиенит, довольно хрупки, что не позволяет делать из них сложные элементы сооружений. Прочность горных пород зависит от их структуры и силы межзерновых связей. По прочности горные породы можно разделить на высокопрочные с пределом прочности при сжатии более 40 Мпа, средней прочности (10-40Мпа) и низкой прочности с (0,4-10Мпа). Структура камня и сила его межзерновых связей имеет прямое отношение к его морозостойкости. Морозостойкость камня – это способность материала в насыщенном водой состоянии выдерживать многократное попеременное замораживание и оттаивание без видимых признаков разрушения и без допустимого понижения прочности. При контакте камня с водой происходит его насыщение, при температурах ниже нуля вода замерзает в порах, увеличиваясь в объемах примерно на 9%. Лед, образующийся в порах материала, постепенно разрушает структуру камня, а количество выдерживаемых камнем подобных циклов зависит от прочности его межзерновых связей.