цій відбувається від центра до периферії. Характерні для фосфориту і марказиту.

Секреції, або жеоди (див. рис. 3.10, г) — порожнини, пустоти в гірській породі, подекуди заповнені мінеральною речовиною. На противагу конкреціям ріст жеод відбувається від периферії (стінок) до центра.

Ооліти (див. рис. 3.10, д) — невеликі кульки, які мають концент- рично-шкаралупчасту будову. Кульки можуть бути зцементованими або перебувати у пухкому стані (піролюзит оолітової будови, деколи боксит).

Натічні форми — сталактити та сталагміти (див. рис. 3.10, е) — утворюються внаслідок виділення мінералу з розчину в процесі ви- паровування. Знайдені в печерах, порожнинах. Характерні для кальциту, гідроксидів заліза. Натічний характер мають також нир- коподібні агрегати (див. рис. 3.10, є) — малахіт, арагоніт та ін.

Налети, примазки трапляються у вигляді тонких плівок на пове- рхні кристалів мінералів і порід. Наприклад, тонкі плівки бурих гідроксидів заліза на гірському кришталі, примазки малахіту на породах, які містять мідні руди.

Вицвіти дрібних кристалів — відклади солей, які періодично трапляються, найчастіше легкорозчинних гідратів сульфатів або галоїдів на поверхні сухих ґрунтів, гірських порід, руд. В дощові пе- ріоди вони зникають, а в суху погоду з’являються знову.

3.5. ПРОЦЕСИ УТВОРЕННЯ МІНЕРАЛІВ

За джерелом утворення процеси мірералоутворення поділяють на ендогенні та екзогенні.

Ендогенні процеси мінералоутворення зумовлені внутрішньою енергією Землі. Серед них виділяють магматизм (інтрузивний та ефузивний) і метаморфізм.

Екзогенні, або гіпергенні, процеси утворення мінералів зумовле- ні зовнішньою енергією Землі. Основним джерелом її є промениста енергія Сонця. Серед них розрізняють процеси вивітрювання, оса- доутворення і діагенез. Провідним є процес вивітрювання.

Між хімічними сполуками земної кори і зовнішніми умовами їх утворення та розвитку (температурою, тиском, концентрацією ком- понентів) існує тісний нерозривний зв’язок, що дає змогу розгляда- ти у їх сукупності як фізико-хімічні системи, які розвиваються за певними законами. Сам мінерал є тимчасовою стадією системи мі- нералоутворення, що постійно розвивається.

У земній корі за термодинамічними умовами утворення мінера-

лів умовно виділяють три термодинамічні зони:

³ гіпергенезу;

108

³метаморфізму;

³магматизму.

Зона гіпергенезу лежить у верхній частині земної кори. Потуж- ність її коливається від 0,5 до 10 км. Вона поширюється до поясу сталих температур, який змінюється упродовж сезонів і діб. З по- глибленням температура і тиск зростають і на глибині 10 км темпе- ратура може становити 250 – 300 °С, а тиск 0,25 ГПа.

За зоною гіпергенезу розміщується зона метаморфізму, яка прос- тирається до глибини 20 – 25 км. У цій зоні з поглибленням посту- пово підвищуються тиск до 0,5 ГПа, а температура — до 600 – 900 °С.

Зона магматизму залягає глибше 20 – 25 км і характеризується високою температурою (> 600 °С) і великим тиском (> 0,5 ГПа). У цій зоні внаслідок розпаду радіоактивних елементів (238U,239U — нуклідів урану; 232Th — торію; 187Rb — рубідію; 40К — калію та ін.), які входять до складу гірських порід, температура може підвищува- тися до 900 – 1100 °С (температура плавлення), що зумовлює пере- хід речовини в текучу «напіврідинну», насичену газами масу — ма- гму (від грец. µα΄γµα — густа мазь, тісто). Магма — вогнево- рідинний силікатний або алюмосилікатний розплав, що містить во- ду, водяну пару, гази (F2, Cl2, CO2, CО, H2) та леткі компоненти — сірку, фосфор, бор.

3.5.1. Магматичні процеси мінералоутворення

Будь-який магматичний розплав — це трикомпонентна система, що складається з рідини, газів, твердих часточок, кристалів. Утво- рені магматичні басейни можуть бути пов’язані із загальним маг- матичним шаром або бути замкненими окремими басейнами.

У надрах літосфери, де високі температура і тиск, магма перебу- ває у стані перегрітої речовини. В цих умовах температура значно вища за точку плавлення, але високий тиск утримує речовину маг- ми в пластичному, а подекуди і в твердому стані. Така фізична осо- бливість створює в магмі велику напруженість. За умов зниження тиску в земній корі перегріта магма дуже швидко переходить у рід- кий стан, що супроводжується істотним збільшенням об’єму і витис- канням магми з великою силою у верхні шари земної кори по трі- щинах, великих розломах чи по каналах, що проходять крізь товщу гірських порід від вторинних вулканічних осередків.

Магма, що підіймається з надр Землі, частіше не досягає земної поверхні, а повністю застигає і кристалізується на глибині — інтру- зивний магматизм (від лат. intrusio — впровадження). Під час піді- ймання у верхні шари земної кори вона частково розплавляє і роз- чиняє мінерали та гірські породи, що трапляються на її шляху, вна- слідок чого склад магми змінюється. У разі повільного застигання

109

на глибині вся магма встигає закристалізуватися, що сприяє утво- ренню повнокристалічних зернистих порід.

Породи і мінерали, які утворюються з магми на глибині, назива-

ють магматичними інтрузивними.

При виливанні магми на поверхню земної кори температура її швидко падає, тиск знижується до нормального, з магми в атмосфе- ру виділяються леткі компоненти. У цьому разі магма не встигає закристалізуватися, що призводить до утворення мінералів з амор- фною або прихованокристалічною внутрішньою будовою, а породи інколи мають склоподібну (склисту) структуру. За походженням та- кі мінерали і породи називають магматичними ефузивними (від лат. effusio — виливання, зміна).

Підіймаючись, магма в межах земної кори поступово охолоджу- ється, розщеплюється на складові частини, відбувається так звана кристалізаційна диференціація.

Диференціація — дуже складний фізико-хімічний процес роз- щеплення, розділення магми на різні за хімічним складом фракції. Розрізняють:

³магматичну диференціацію, яка відбувається в рідкій фазі до появи перших кристалів і характеризується розшаруванням її на дві різні за щільністю незмінювані рідини (ліквація);

³кристалізаційну диференціацію, яка відбувається під час за-

стигання магми і супроводжується кристалізацією силікатів від ту- гоплавких і важких (залізо-магнезіальні силікати, оснóвні плагіо- клази) до легкоплавких (кислі плагіоклази, калієві польові шпати, кварц).

У процесі застигання магми виділяють стадії утворення мінералів:

³магматичну (мінерали кристалізуються за температури понад за 700 °С);

³пегматитову (мінерали кристалізуються із залишкового роз- плаву, збагаченого силікатною кислотою, леткими компонентами, рідкими елементами за температури нижче 700 °С; утворені породи мають грубокристалічну будову, їх називають пегматитами.

³пневматолітово-гідротермальну (мінерали спочатку утворю- ються з газів, а потім, у міру зниження температури і переходу газів

урідкий стан, із водного розчину за температури близько 500 °С);

³гідротермальну (мінерали утворюються з нагрітих водних — гідротермальних — розчинів за температури 400 – 100 °С).

Пегматитовий процес. Під час кристалізації оснóвної (гранітної) магми, згідно з О.Є. Ферсманом, утворюється залишковий силікат- ний розплав, збагачений рідкісними та рідкісноземельними елемен- тами і леткими речовинами. У міру подальшої кристалізації цього розплаву утворюються грубокристалічні тіла — пегматити. Залишко- вий розплав проникає по тріщинах у бічні породи і, згідно з теорією

110

О.Є. Ферсмана, утворює своєрідну формацію пегматитових тіл. Особ- ливістю цих тіл є наявність у них великих кристалів, які іноді в дов- жину сягають 2 – 3 м і більше, та своєрідних графічних структур, які нагадують давні східні письмена (від грец. πη̃γµα — літера).

З пегматитів Волині добуто найбільші в світі кристали топазу (маса найбільшого 117 кг). Кристали димчастого кварцу можуть ма- ти масу до 4 т (Бразилія), а найбільший кристал берилу, знайдений у пегматитах Мадагаскару, був завдовжки 18 м і важив понад 300 т.

Пегматити багаті на різні мінерали. Крім головних породоутво- рювальних мінералів — мікрокліну, плагіоклазів, кварцу, мускові- ту, біотиту — часто трапляються турмаліни, деякі містять берил, сподумен та інші, до складу багатьох із них входять рідкісні і розсі-

яні елементи (W, Mo, Sn, Zr, V, Ti, Th, U, Ta, Nb та ін.).

Пегматитовий процес — один з основних процесів мінералоутво- рення.

Пегматити мають велике практичне значення. Вони є джерелом для виробництва високоякісної керамічної сировини, з ними по- в’язані родовища коштовного каміння (топазу, турмаліну та ін.), ба- гатьох рідкісних, рідкісноземельних елементів, слюд, цеолітів тощо.

Пневматолітовий процес. Процеси, в яких активну роль у міне- ралоутворенні відіграють гази, називають пневматолітовими (від грец. πνεν̃µα — газ, вітер).

На деяких етапах кристалізації магми можливе виділення газів, які під час руху по тріщинах вгору охолоджуються, реагують один з одним та вміщувальними породами з утворенням мінералів.

Продукти пневматолізу — пневматоліти — поділяють на вулка- нічні і глибинні.

Вулканічні пневматоліти утворюються з газів, які виділяються з магми, що виливається на поверхню Землі або застигає біля земної поверхні. Велика кількість цих газів потрапляє в атмосферу із кра- терів вулканів, фумарол, тріщин. Чим далі від місця виверження, тим нижча температура газів. За температури понад 540 °С виді- ляються сірководневі гази, за 100 – 200 °С — в основному водяна пара і сірководень, а нижче 100 °С — вуглекислий газ, інколи разом з водяною парою.

Гази, що виділяються в тріщинах застиглих лав і навколишніх породах, на стінках кратерів вулканів у результаті сублімації утво- рюють власне пневматолітові мінерали: самородну сірку, нашатир, боровмісні мінерали та ін. Переважно утворюються хлориди, суль- фати, які легко розчинні у воді і тому в природі вони накопичуються у великій кількості. Ці мінерали виділяються у вигляді налетів, дрібнокристалічних кірок або землистих агрегатів:

2FeCl3 + 3H2O → Fe2O3 + 6HCl;

2H2S + O2 → 2H2О + 2S.

111

Промислове застосування мінералів вулканічного походження дуже обмежене. Це самородна сірка, борна кислота — сасолін Н3[ВО3], сульфіди (пірит, марказит, халькопірит, сфалерит та ін.), сульфати (гіпс, барит), аморфний кремнезем, гетит, цеоліти.

Глибинні пневматоліти утворюються тоді, коли гази з магми ви- діляються в надрах земної кори. Вони проходять крізь гірські породи, реагують з ними і змінюють їх хімічний і мінеральний склад.

Ступінь хімічних перетворень порід під дією газів залежить від складу порід, хімічної активності газів, тектонічної будови та три- валості процесу.

До глибинних пневматолітів належать деякі жильні тіла та грейзени.

Грейзени — породи, що утворилися внаслідок взаємодії газів та водних розчинів з магмою, гранітами, жильними магматичними породами, ефузивами і деякими осадово-метаморфічними порода- ми, багатими на кремнезем та глинозем. Наприклад, каситерит утворюється в грейзенах за такою реакцією:

SnF4 + 2H2O → SnO2 + 4HF.

Каситерит

Гідротермальний процес. У складі магматичних газів велику роль відіграє водяна пара. Під час проникнення по тріщинах у хо- лодніші ділянки земної кори сумісно з іншими леткими компонен- тами водяна пара конденсується з утворенням гарячих водних роз- чинів. Ці розчини, які виділяються з магми або формуються внаслі- док скраплення газів, називають гідротермальними (від грец. υ̃δωρ — вода і θέρµη — тепло, жар).

Вода гідротермальних розчинів за властивостями різниться від води, що знаходиться на поверхні Землі. Вона є згущеною парою, яка за температури нижче 400 – 374 °С під тиском переходить у рі- дку фазу. В таких умовах вона здатна розчиняти мінерали і перено- сити велику кількість сполук у вигляді як істинних, так і колоїдних розчинів.

Магматичні розчини, що знаходяться під великим тиском, легко- рухливі, енергійно підіймаються по тріщинах, дуже високотемпера- турні й агресивні відносно навколишніх гірських порід. Вони реагують з мінералами і змінюють склад гірських порід, з якими контактують.

Гідротермальні розчини з магматичного басейну виносять чима- ло сполук металів. Крім того, вони значною мірою іонізовані, наси- чені газами (СО2), внаслідок чого є розчинниками мінеральних спо- лук, з якими вони контактують.

Зі зниженням температури відкладів цих вод та в процесі їх вза- ємодії з контактуючими породами утворюються гідротермальні жи-

112

ли, які іноді містять багато цінних руд: цинку, свинцю, міді, стибію, ртуті, самородного золота, молібденіту, олова та ін.

Мінеральний склад цих жил переважно визначається наявністю сульфідів. Найголовнішим жильним мінералом є кварц.

У будові різних жил розрізняють власне жильну породу, складе- ну з кварцу — SiO2 (кварцові жили), бариту — BaSO4 (баритові жи- ли), флюориту — СаF2 (флюоритові жили) і рудні мінерали, що міс- тять різні цінні метали.

Залежно від умов, за яких утворюються гідротермальні жили (температура, тиск), а також від місця утворення, їх поділяють на глибинні високотемпературні, середньої глибини середньотемпера- турні, поверхневі низькотемпературні.

Глибинні високотемпературні (гіпотермальні) жили формуються на глибині 3 – 4 км за температури 300 – 400 °С і тиску в кілька де- сятків мегапаскалів. Вони містять такі мінерали, як кварц, пірит, каситерит, молібденіт та ін.

Гіпотермальні жили зазвичай пов’язані з кислими і середніми породами.

Жили середньої глибини середньотемпературні (мезотермальні), утворюються на глибині 1,5 – 3 км за температури 150 – 300 °С і ти- ску 10 – 40 МПа. Головними мінералами цих жил є халькопірит, сфалерит, кварц, кальцит, рідше — флюорит, барит. Вони характе- ризуються високим вмістом золота, срібла, міді.

Поверхневі низькотемпературні (епітермальні) жили утворюють- ся поблизу земної поверхні за температури від 50 до 150 °С і помір- ного тиску. Серед рудних мінералів головну роль відіграють золото, срібло, серед сульфідів — переважно кіновар, антимоніт. У зонах прояву недавнього вулканізму такі розчини інколи виходять на денну поверхню у вигляді гарячих мінеральних джерел (гейзерів). За хімічним складом ці джерела бувають сірчано-солоно-лужні, со- лоні, карбонатно-солоно-лужні, кислі купоросні та ін. Як домішка в багатьох міститься сірководень. У розчині є кремнезем, який від- кладається у вигляді кремнистих туфів, гейзеритів.

З гарячими джерелами інколи пов’язано утворення сульфідів (кіноварі, антимоніту, реальгару, аурипігменту та ін.), кварцу, опа- лу, кальциту, флюориту тощо.

Гідротермальний процес не обмежується відкладанням мінера- лів у тріщинах з утворенням жильних тіл. Гідротерми, що прохо- дять по тріщинах порід, як і гази, хімічно реагують з ними, заміщу- ють їх, утворюють нові сполуки. Це сприяє утворенню контактно- метасоматичних тіл (від грец. meta — після, soma — тіло). Суть ме- тасоматозу полягає в заміщенні існуючих мінералів на нові за ра- хунок хімічних елементів, які приносять газо-водні високотемпера- турні розчини. Причому розчинення старого мінералу і відкладан- ня нового відбувається практично одночасно, порода майже весь час

113