Шершнева М.В., Макарова Е.И.. Естественно-научные основы геоэкохимической картины мира

В зависимости от условий застывания магматические горные породы делятся на:

o интрузивные (глубинные), когда магма застывает в недрах земной коры;

o эффузивные (излившиеся), когда магма изливается на поверхность

ввиде лавы с последующим застыванием.

2)метаморфизма – это разнообразные процессы изменения ранее возникших минералов и горных пород при изменении условий их существования (давления, температуры, химической активности среды и т. д.). Так, например, известняк переходит в мрамор, песчаник в кварц, гранит в гнейс.

Горные породы, состоящие из образовавшихся таким образом минералов, называются метаморфическими (ММГП) (см. табл. 1.2).

К метаморфическим горным породам относятся гнейс, филлит, слюдяной сланец, хлоритовый сланец, тальковый сланец, мрамор, кварц, роговик.

Экзогенные минералы образуются на земной поверхности и на небольших глубинах при химическом выветривании эндогенных минералов, кристаллизации и осаждении солей из водных растворов, а также в результате жизнедеятельности животных и растительных организмов, накопления их остатков. Такой процесс образования минералов называется осадочным, а возникающие при этом горные породы называются осадочными (ОГП). ОГП имеют следующие общие свойства: слоистость; значительную пористость; большой интервал прочности (встречаются как очень слабые, так и очень прочные породы); обычно светлую окраску; наличие остатков или отпечатков растений и животных.

В соответствии с условиями образования и свойствами ОГП делятся на три группы.

1. Обломочные, представляющие собой скопление обломков, – продуктов физического выветривания прежних пород без изменения их минерального состава

Обломочные горные породы делятся:

o на рыхлые, или несвязанные (например, галечник, гравий, щебень, песок). Для характеристики состава породы в ней указывается содержание различных фракций, т. е. групп частиц определенных размеров. Установлены следующие названия фракций: валуны (глы-

бы) d > 100 мм; галька (щебень) 40…100 мм; гравий (хрящ, дресва) 2…40 мм; песчаная (песок) 0,05…2 мм; пылеватая 0,005…0,05 мм; глинистая d < 0,005 мм, где d – наибольший размер обломка или частицы (в скобках указывается название при угловатой, неокатанной форме обломков).

Название породе дается по преобладающей фракции, которой содержится в породе более 50 %;

11

o на цементированные. В цементированных ОГП обломки пород связаны природным цементом (конгломерат, брекчия, песчаник).

2.Глинистые, содержащие глинистые минералы, – это продукты химического выветривания первичных минералов (супеси, суглинки, глины). При длительном уплотнении и обезвоживании супеси, суглинки и глины переходят в аргиллит – твердую камнеподобную глинистую породу, которая ножом не режется, в воде не размокает.

Особой глинистой породой является лесс, в составе которого преобладает пылеватая фракция (до 80 % и более). При длительном уплотнении и дегидратации лесс и лессовидные породы переходят в твердое камнеподобное состояние и называются алевролитами. По виду и свойствам они похожи на аргиллиты.

3.Химические и биохимические, образовавшиеся при выпадении из растворов, накоплении остатков растений и животных или смешанным путем.

Они отличаются постоянством минералогического и химического состава, по которому они и классифицируются (табл. 1.3).

12

Образование осадочных месторождений происходит по схеме: раз-

рушение горных пород и древних месторождений – перенос материала – отложение – диагенез осадков.

1.3 Физические свойства минералов

Комплексная оценка физических свойств минералов позволяет определять (диагностировать) минералы, не используя трудоемкий химический анализ.

1. Кристаллы минералов различаются по форме:

o изотермические, когда кристаллы развиты по трем направлениям (пирит, галит);

o пластинчатые (полевые шпаты), доходящие до листоватости (слюды);

o вытянутые в одном направлении – столбчатые, волокнистые, игольчатые.

2. К оптическим свойствам минералов относятся цвет, блеск, про-

зрачность, свечение.

Цвет для диагностики минералов имеет ограниченное значение, так как он зависит от количества примесей. Как правило, при диагностике опреде-

13

ляется цвет черты (следа, оставляемого минералом на шероховатой фарфоровой пластине), который может отличаться от цвета минерала.

По цвету различают минералы: цветные, бесцветные и окрашенные

(примесями или облучением).

Цвет обусловлен внутренними свойствами минерала, наличием дефектов или примесей, отражением света от внутренних плоскостей. Некоторые минералы названы по их цвету: альбит (белый), гематит (кровавый), рубин (красный), родонит (розовый) и др. Окраска часто вызвана присутствием элементов-хромофоров. Некоторые из них разным минералам могут придавать различную окраску, например, Cr2O3 вызывает красную окраску рубина и пиропа, ярко-зеленую – изумруда, уваровита, фуксита, александрита, фиолетовую – кеммеририта. Хромофорами являются и другие элементы группы железа – Ti, Mn, Fe, Co, Ni, а также Cu, U, Mo и др.

Блеск – это характер отражения света поверхностью минерала. Различают металлический блеск (пирротин, галенит, халькопирит, пирит, арсенопирит, золото), полуметаллический (куприт, гематит), стеклянный (флюорит, кварц, галит, карбонаты, силикаты), перламутровый (тальк, мусковит, гипс), жирный (нефелин), восковой (каолинит), тусклый, матовый (при отсутствии блеска).

Прозрачностью называется свойство вещества пропускать сквозь себя свет. По прозрачности различают минералы: прозрачные (горный хрусталь, исландский шпат, топаз и др.), полупрозрачные (видны лишь очертания предметов) (изумруд, сфалерит, киноварь и др.) и непрозрачные (пирит, магнетит, графит и др.).

Многие минералы, не светятся сами по себе, но начинают светиться при нагревании, действии рентгеновских, ультрафиолетовых и катодных лучей, при разламывании, царапании и т. д. Различают фосфоресценцию, люминесценцию, термолюминесценцию и триболюминесценцию минералов. Фосфоресценция – способность минерала светиться после воздействия на него теми или другими лучами (виллемит). Люминесценция – способность светиться в момент облучения (шеелит при облучении ультрафиолетовыми и катодными лучами светится голубым светом). Термолюминесценция – свечение при нагревании (флюорит, апатит). Триболюминесценция – свечение в момент царапания иглой или раскалывания (слюды, корунд).

3. Спайность – способность раскалываться или расщепляться с образованием гладких блестящих плоскостей. Различают следующие виды спайности: весьма совершенная (минерал легко расщепляется на тонкие листочки, чешуйки (слюды)); совершенная (минерал при ударе раскалывается по ровным плоскостям (кальцит, галит)); несовершенная (на фоне неровного излома с трудом обнаруживаются небольшие плоскости спайно-

сти (оливин, апатит) и отсутствие спайности.

14

4.Излом – характер поверхности, расщепление минерала при его раскалывании не по плоскостям спайности. Различают изломы: ровные

(вюрцит), неровные (пирит), раковистые (опал), занозистые (актинолит), землистые (лимонит), ступенчатые (галенит, галит), крючковатые (само-

родное серебро), шероховатые (диопсид), сахаровидные (апатит).

5.Плотность минерала ρ, т/м3 или г/см3. Различают минералы ма-

лой плотности (ρ ≤ 2,5), минералы средней плотности (2,5 < ρ < 4,0) и

плотные минералы (ρ ≥ 4,0). К плотным минералам относятся: самородные металлы, сульфиды, более половины – окислы и гидроокислы, редкие из силикатов (циркон), фосфатов (монацит, ксенотим), вольфраматы, некоторые из карбонатов (смитсонит), сульфатов (барит, англезит). Большая часть всех минералов имеет среднюю плотность, незначительное число (10–15 %) – малую. К ним относятся: самородные неметаллы – графит и сера; некоторые из окислов и гидроокислов (лед, опал); многие минералы класса силикатов (монтмориллонит, галлуазит); некоторые из галогенидов (галит, сильвин), карбонатов, боратов.

6.Твердость минерала – способность противостоять механическому воздействию другого тела. Для определения твердости пользуются набором эталонных минералов (шкалой Мооса); при этом последующий минерал царапает предыдущий, т. е. по отношению к нему (и к другим, предшествующим) обладает большей твердостью (табл. 1.4).

15

7.Вкус и запах. Для некоторых минералов диагностическими признаками являются вкус (соленый у галита и горько-соленый у сильвина) и запах, например, глинистые минералы при некотором увлажнении издают землистый запах. Запах проявляется при горении, трении, растирании в порошок. Если резко ударить по пириту, ощущается запах сернистого газа. При трении двух кусков фосфорита появляется запах жженой кости. При ударе по арсенопириту проявляется запах мышьяка.

8.Растворимость. Некоторые минералы легко растворяются в воде (каменная соль), другие растворимы лишь в кислотах (кальцит), третьи устойчивы даже по отношению к концентрированным кислотам (кварц). Большинство минералов хорошо сохраняется в воздушной среде. Однако известен ряд природных соединений, легко подвергающихся окислению или разложению под действием кислорода, углекислоты и влаги, содержащихся в воздухе.

1.4Применение минералов

Сера (S)

Цвет – желтый. Блеск – стеклянный, жирный, на свежих поверхностях – алмазный. Спайность – несовершенная, излом раковистый, землистый. Твердость – 2. Происхождение осадочное; образуется при вулканических извержениях. Применение серы многообразно: для производства серной кислоты и разных химических веществ, в резиновой, кожевенной промышленности, в производстве спичек, красок, в сельском хозяйстве.

Пирит (серый или железный колчедан FeS2)

Цвет – латунно-желтый, соломенно-желтый, черта – зеленоваточерная. Блеск – металлический. Спайность – несовершенная, излом – раковистый и неровный. Твердость – 6. Для пирита характерны штриховатые кристаллы – кубы, редко – октаэдры, светло-латунный цвет и черная черта, высокая твердость (царапает стекло), металлический блеск. Происхождение – магматическое и осадочное. Применяют для получения серной кислоты. Присутствие пирита в основании инженерных сооружений нежелательно, так как он увеличивает агрессивные свойства подземных вод.

Лимонит (бурый железняк 2Fe2O3·3H2O)

Цвет – ржаво-желтый, темно-бурый, черта – желтовато-бурая. Блеск – матовый, полуметаллический. Спайность – несовершенная, излом – землистый. Твердость – 1–4. Лимонит сравнительно легко узнается по своеобразным агрегатам, бурой черте и желто-бурым охристым признакам. Происхождение – осадочное. Лимонит – важнейшее сырье для выплавки чугуна и стали. Оксиды железа входят в состав цемента осадочных пород, способствуя их упрочнению.

16

Кальцит (известковый шпат CaCO3)

Большей частью бесцветный или молочно-белый, но иногда окрашен примесями (обычно светлые), оттенки серого, желтого, розового, красного, бурого и черного цветов. Бесцветная прозрачная разновидность кальцита называется исландским шпатом. Он обладает свойством двойного лучепреломления. Блеск – стеклянный. Спайность – совершенная по ромбоэдру. Твердость – 3. Легко узнается по ромбоэдру спайности, сравнительно низкой твердости и реакции с HCl с выделением CO2. Происхождение – гидротермальное, осадочное. Исландский шпат употребляется для изготовления различных оптических поляризационных приборов. Породы, состоящие из кальцита (известняк, мрамор), используются как естественный строительный материал, для приготовления цемента, в химической промышленности, в металлургии и т. д.

Доломит (Ca, Mg (CO3)2)

Цвет – серовато-белый, иногда с оттенками: желтоватым, буроватым, зеленоватым. Блеск – стеклянный. Спайность – совершенная по ромбоэдру. Твердость – 3,5–4. Как и другие карбонаты, доломит характеризуется спайностью по ромбоэдру. Характерна реакция с соляной кислотой в порошке. Происхождение – осадочное и гидротермальное.

Доломит широко используется для различных целей: в качестве строительного камня; для изготовления вяжущих веществ; в качестве огнеупорного материала и флюса в металлургии; в химической и в ряде других отраслей промышленности.

Галит (NaCl)

Чистые массы галита прозрачны и бесцветны или имеют белый цвет. Часто он может быть окрашен примесями в серый, желтый, красный, бурый и черный цвета. Блеск – стеклянный. Спайность весьма совершенная по кубу. Твердость – 2. Хрупок, легко растворим в воде. Вкус соленный. Легко узнается по низкой твердости, весьма совершенной спайности, растворимости в воде и соленому вкусу. Происхождение – осадочное. Применение галита весьма разнообразно. Помимо того, что он является важнейшим пищевым продуктом и консервирующим средством, он широко используется в химической промышленности для получения соляной кислоты, хлора, соды, едкого натрия и ряда других солей. Является исходным сырьем для получения металлического натрия. Галит используется в черной и цветной металлургии, в электротехнике и т. д.

17

Флюорит (CaF2)

Большей частью окрашен в различные цвета: желтый, зеленый, голубой, фиолетовый. Окраска исчезает при нагревании и вновь появляется при облучении рентгеновскими лучами. Блеск – стеклянный. Спайность – совершенная. Твердость – 4. Хрупок. Часто проявляется флюоресценция (термин произошел от названия этого минерала). Происхождение – гидротермальное, осадочное. Флюорит применяется для получения плавиковой кислоты, в металлургии, в керамике для получения эмалей и глазури. Кристаллы прозрачные и бесцветные используются в оптике, а также при изготовлении линз для фотографирования в темноте.

Гипс (CaSO4·2H2O)

Цвет гипса – белый. Отдельные кристаллы часто водяно-прозрачны и бесцветны. Бывает окрашен также в серый, медово-желтый, красный, бурый и черный цвета. Блеск – стеклянный, на плоскостях спайности – перламутровый отлив. Спайность – весьма совершенная. Твердость – 2. Происхождение осадочное, гидротермальное, образуется в коре выветривания. Имеет широкое применение:

○модельный или лепной (полуобоженный) гипс используется для получения отливок, гипсовых слепков, лепных украшений карнизов, штукатурки потолков и стен, в хирургии, бумажном производстве. В строительном деле он употребляется как цемент при кирпичной и каменной кладке, для набивных полов, изготовления кирпича, плит для подоконников, лестниц и т. д.;

○сырой (природный) гипс находит применение, главным образом, в цементной промышленности в качестве добавок к портландцементу, как материал для ваяния статуй, различных поделок, в производстве красок, глазури и т. д.

Ангидрит (CaSO4)

Цвет – белый, часто с голубоватым, сероватым или красноватым оттенками. Блеск – стеклянный. Спайность – совершенная. Твердость 3–3,5. В присутствии воды при атмосферном давлении постепенно переходит в гипс, сильно увеличивается в объеме (до 30 %). От гипса отличается большей твердостью, от кальцита – отсутствием реакции с соляной кислотой. Происхождение – осадочное, гидротермальное. Ангидрит так же, как и гипс, используется главным образом в производстве вяжущих веществ (цементов).

18

Кварц (SiO2)

Цвет – бесцветный, белый, серый, желтый, красный, голубой, фиолетовый, бурый, черный; черту не дает.

Разновидности кварца по цвету: горный хрусталь – бесцветный, прозрачный; аметист – фиолетовый; цитрин – желтый; раухтопаз – дымчатый; морион – черный; обыкновенный кварц – белый или серый, от примесей железа отличается тем, что окрашен часто в желтоватые тона. Блеск – стеклянный, жирноватый. Спайность – несовершенная, излом – раковистый. Твердость – 7. Применение многообразно: прозрачные, красиво окрашенные разновидности используются в качестве поделочных камней для украшений; бесцветный горный хрусталь употребляется для изготовления оптических приборов; в радиотехнике – для изготовления пьезокварцевых пластинок, используемых как стабилизаторы радиоволн, резонаторов и т. д.; из плавленого кварца изготовляется химическая посуда, отличающаяся огне- и кислотоупорностью, а также кварцевые лампы, применяющиеся в медицине для лечения ультрафиолетовым светом. В стекольно-керамической промышленности для варки стекла и выделки фарфора и фаянса используются чистые маложелезистые кварцевые пески.

Опал (SiO2·nH2O)

Сам по себе опал бесцветен. Благодаря различным примесям, особенно содержащим железо и другие хромофоры, бывает окрашен в различные оттенки желтого, бурого, красного, зеленого и черного цветов. Блеск – стеклянный, у пористых разновидностей – восковой или матовый. Излом – раковистый. Твердость – 5–5,5. Хрупок. Для плотных опалов характерны стеклообразный вид и натечные формы масс. Происхождение – гидротермальное, осадочное. Благородный опал – это драгоценный камень. Породы, богатые опалом, используются для изготовления цемента, керамики, фильтров и др. целей.

Хризолит (асбест (3MgO2·SiO2·2H2O))

Цвет – зеленовато-желтый с золотистым отливом, иногда бурый, в распушённом виде – снежно-белый. Блеск – шелковистый. Спайность – совершенная. Твердость – 2–3. Расщепляется на тончайшие очень прочные эластичные волокна до 0,0001 мм и меньшей толщины, т. е. поперечные размеры их достигают величины дисперсных фаз в коллоидах. Обладает огнестойкостью и щелочеупорностью. Плохой проводник тепла, электричества и звука. Легко узнается по параллельно-волокнистому строению и эластичности отдельных волокон. Происхождение – метаморфическое. Из асбестового волокна длиной более 8 мм в текстильной промышленности машинным способом изготовляют ткани для огнестойких костюмов, театральных занавесов, различных фильтров. Короткое волокно (2–8 мм) в виде

19

примеси (до 15 %) к цементу идет на изготовление огнестойких прочных и легких кровельных материалов, асбоцементных труб, картона, бумаги для тепловой изоляции и различных электроизоляционных материалов. Мелкое волокно используется для различных теплоизоляционных прокладок, огнестойких красок, штукатурки и т. д.

Каолинит (Al2O3·2SiO2·2H2O)

Является главной составной частью большинства глин. Агрегаты – рыхлые, чешуйчатые или плотные; иногда встречаются в виде натечных форм. Цвет – белый, нередко с желтоватым, буроватым, красноватым, иногда с зеленоватым или голубоватым оттенками. Блеск – матовый. Спайность – совершенная. Твердость – 1. Каолинит в сплошных землистых массах легко растирается между пальцами, жирный на ощупь, в мокром состоянии дает пластичное тесто, матовый. Происхождение – образуется в условиях выветривания. Изменяет свойства при взаимодействии с водой, обладает пластичностью. Кристаллическая решетка относительно прочная и устойчивая, поэтому каолинит лишь незначительно поглощает воду, слабо набухающий минерал. Применяется в керамической промышленности; в бумажной промышленности используется в качестве наполнителя и аппретуры для придания бумаге повышенной плотности и более гладкой поверхности.

Монтмориллонит – алюмосиликат железа и магния

Широко распространенный минерал, главным образом среди некоторых разновидностей глин. Блеск – матовый. Спайность – совершенная. Твердость – 1. Удельный вес – непостоянный. Происхождение – образуется в процессе выветривания. Изменяет свойства при взаимодействии с водой, обладает высокой пластичностью. Монтмориллонит обладает высокой адсорбционной способностью.

Благодаря высокой поглотительной способности монтмориллонитовые глины широко используются для различных целей в промышленности. Главным потребителем таких глин является нефтяная промышленность, использующая их для очистки нефтепродуктов. Кроме того, используется в текстильной промышленности, резиновом производстве, в мыловаренной и косметической промышленности. Применяется также для очистки воды и пищевых продуктов (вина, растительных масел и пр.), в качестве добавок – при производстве бумаги, керамики и при изготовлении лекарств.

Плагиоклаз (Na(AlSi3O8))

Плагиоклаз в переводе с греческого языка – косораскалывающийся. Хорошо образованные кристаллы встречаются относительно редко. Они имеют таблитчатый или таблитчато-призматический вид. Цвет – белый,

20