перебуває у твердому стані. Метасоматичне заміщення йде без змі- ни об’єму, часто зберігаються сліди будови первинних мінералів. Цей процес може відбуватися за будь-якої температури, але найак- тивніше — за високої.

Метасоматоз здійснюється внаслідок перебігу дифузійних процесів за наявності в породі численних дрібних капілярів (дифузійний ме- тасоматоз) та інфільтраційних явищах, за яких речовини переносять- ся по великих тріщинах і пустотах (інфільтраційний метасоматоз).

Під дією гідротермальних вод на збагачені магнієм ультра- оснóвні породи і доломіти утворюються азбест, тальк, магнезит, а дія низькотемпературних сульфатних гідротерм на багаті на луги породи зумовлює утворення алуніту.

Гідротермальне походження мають руди рідкісних, кольорових і радіоактивних металів, золото та ін.

3.5.2.Екзогенні процеси мінералоутворення

Узоні гіпергенезу йдуть процеси руйнування мінералів і гірсь- ких порід ендогенного походження та утворення нових сполук.

Екзогенні процеси виявляються в дії атмосферних агентів, по- верхневих водних розчинів і біологічній діяльності живих організмів. Під впливом цих агентів мінерали ендогенного походження зазнають глибоких хімічних, фізико-хімічних перетворень, подрібнюються. В нових умовах зони гіпергенезу виникають нові, стійкіші за цих умов мінеральні види та їхні асоціації — осадові гірські породи.

Сукупність цих процесів має загальну назву вивітрювання. Вивітрювання — це процес зміни фізичного стану і хімічного

складу мінералів і гірських порід під дією фізичних, хімічних і біо- логічних чинників.

Розрізняють три види вивітрювання: фізичне, хімічне, біологічне. Всі ці процеси в земній корі відбуваються одночасно, але один з них, як правило, переважає, що пов’язано з фізико-географічними і

кліматичними особливостями того чи іншого регіону.

Фізичне вивітрювання — це процес зміни фізичного стану міне- ралів і гірських порід без зміни їхнього хімічного складу.

Упроцесах фізичного вивітрювання велику роль відіграють ко- ливання температури, механічна дія води, атмосфери, живих орга- нізмів.

Фізичне вивітрювання призводить до подрібнення порід і міне- ралів на невеликі уламки, що зумовлює збільшення поверхні їх зіткнення з повітрям, водою, тобто значною мірою сприяє хімічному вивітрюванню.

Розрізняють три стадії руйнування порід: ³ десквамація;

114

³дезінтеграція;

³диспергування.

Хімічне вивітрювання — це процес зміни хімічного складу міне- ралів.

Основними агентами хімічного вивітрювання є атмосферна і під- ґрунтова вода та гази.

Атмосферна вода завжди містить у розчиненому стані деяку кі- лькість вуглекислого газу, кисню та інших газів, поглинених із по- вітря. Вона є добрим розчинником, викликає процеси гідратації, електролітичної дисоціації, гідролізу. Дію атмосферної води поси- люють підґрунтові води, які містять органічні кислоти, карбонати, сульфати та ін.

Із ґрунтовими водами, які живляться за рахунок атмосферної во- ди, пов’язані процеси окиснення мінералів.

Дія атмосферного повітря зумовлена вмістом у ньому водяної па- ри, кисню і вуглекислого газу.

Важливе значення в разі хімічного вивітрювання мають виділені рослинами в процесі життєдіяльності або під час розкладання їхніх решток органічні кислоти. Велику роль у цьому процесі відіграють бактерії, які внаслідок своєї життєдіяльності утворюють активні ки- слоти: карбонатну, сульфатну, нітратну.

Швидкість розкладання мінералів визначається їхнім хімічним складом, фізичними властивостями (твердість, спайність), що зумо- влюються будовою кристалічних ґраток, кліматичними умовами.

За хімічного вивітрювання відбуваються основні типи хімічних реакцій, наведені нижче.

Окиснення — значно поширений процес у зоні вивітрювання. Окисненню піддаються багато мінералів — сульфіди, оксиди, силі- кати, органічні сполуки. Найінтенсивніше процеси окиснення йдуть з елементами зі змінною валентністю, які потрапляють на поверхню земної кори в найнижчому ступені окиснення. Під дією природної води, яка містить розчинений кисень, відбуваються процеси окис- нення мінералів:

FeS2 + 7O + 8H2O → FeSO4 + 7H2O + H2SO4;

Пірит

6FeSO4 + 3H2O + 3O → 2Fe2(SO4)3 + 2Fe(OH)3; Fe2(SO4)3 + 6H2O → 2Fe(OH)3 + 3H2SO4.

Сульфатна кислота реагує з багатьма сполуками, зокрема з СаСО3: H2SO4 + CaCO3 → CaSO4 + H2O + CO2↑.

Внаслідок хімічного вивітрювання піриту утворюються стійкі в зоні гіпергенезу продукти: Fe(OH)3 та СaSO4.

115

Відновлення відбувається в тому випадку, коли вода містить сір- ководень або органічні кислоти та в процесі життєдіяльності анае- робних бактерій:

Fe2(SO4)3 + H2O + C → 2FeSO4 + CO + H2SO4;

FeSO4 + H2SO4 + CO + 3C → FeS2 + H2O + 4CO2↑.

Гідратація полягає в приєднанні до мінералів молекул води:

Fe2O3 + nH2O → Fe2O3•nH2O;

Гематит Лимоніт

СaSO4 + 2H2O → СaSO4•2H2O.

Ангідрит Гіпс

Дегідратація — процес відщеплення від мінералів молекул води: SiO2• nH2O → SiO2 → SiO2.

Карбонізація відбувається в корі вивітрювання під впливом кар- бонатної кислоти, що міститься у воді і повітрі, внаслідок взаємодії якої з мінералами утворюються карбонати:

ZnSO4 + CO2 + H2O → Zn[CO3] + H2SO4.

Смітсоніт

Гідроліз полягає у заміщенні у мінералах металів на іони водню (Н+) води. Ця реакція інтенсивно йде в кислому середовищі, де є іони водню. Гідроліз уповільнюється за наявності гідроксидів, на- приклад, карбонатів, лугів або кальцію, іони металів яких (К+, Na+, Ca2+) перешкоджають проникненню іонів водню (Н+) у кристалічну ґратку мінералів.

Реакція гідролізу відіграє важливу роль у вивітрюванні силіка- тів і алюмосилікатів:

K2Al2Si6O16 + H2O + CO2 → H2Al2Si2O8•H2O + K2CO3 + SiO2•nH2O.

У помірних кліматичних зонах каолініт достатньо стійкий і вна- слідок накопичення його можуть утворитися родовища каоліну.

В умовах вологого тропічного клімату можуть відбуватися проце- си подальшого розкладання каолініту до вільних оксидів та гідро- ксидів.

H2Al2Si2O8•H2O → Al(OH)3 + SiO2•nH2O.

Каолініт Гідраргіліт

Процеси утворення каолініту і бокситів носять назву каолінізації

ібокситизації.

116

Біологічне вивітрювання — це процес зміни фізичного стану і хімічного складу мінералів і гірських порід за участю живих орга- нізмів. Внаслідок життєдіяльності живих організмів гірська порода збагачується головними елементами живлення рослин (азотом, фос- фором, калієм) і набуває нової властивості — родючості.

Осадовий процес. Великі маси зруйнованих порід і мінералів пе- реміщуються проточними водами. В просторі йде сортування і пере- відкладання продуктів вивітрювання. Так утворюються механічні осади, до яких належить основна маса уламкових гірських порід (гравій, галька, пісок та ін.).

Важливу роль в утворенні екзогенних мінералів відіграють справжні і колоїдні розчини. В озерах, морях можуть скластися такі умови, коли розчинені речовини випадатимуть в осад. Так виникли гіпс, галіт, карналіт та ін. Це хімічні осади.

Фізико-хімічні осади утворюються під час коагуляції колоїдів. Гелі з часом втрачають воду і переходять у приховано кристалічні агрегати.

Велику роль в утворенні мінералів і гірських порід відіграють живі організми. Встановлена участь організмів в утворенні фосфо- ритів, самородної сірки, руд заліза і мангану. Мінерали, що утвори- лись за участю живих організмів, Я.В. Самойлов запропонував на-

зивати біолітами.

3.5.3. Метаморфічні процеси мінералоутворення

Гірські породи і мінерали, що потрапляють у зону метаморфізму в разі прояву внутрішньої енергії, яка викликає різноманітні дис- локації гірських порід, проникнення магми, летких компонентів і гарячих розчинів у поверхневі шари земної кори, зазнають глибо- ких перетворень (метаморфізму).

Метаморфізмом (від грец. метаморфоз — перетворення) назива- ють сукупність процесів глибокого перетворення мінералів і гірсь- ких порід під дією різних ендогенних впливів.

Метаморфізму піддаються магматичні, метаморфічні й осадові породи і мінерали.

Головними чинниками метаморфізму є:

³висока температура;

³високий тиск;

³склад газів і гарячих розчинів, які циркулюють у породах.

Важливе значення для метаморфізму має склад вихідних порід. Механізм метаморфічних процесів полягає в перекристалізації вже сформованих мінералів і гірських порід, зміні зовнішнього ви- гляду і внутрішньої будови мінералів. Мінеральні тіла в цій зоні мають щільні кристалічні ґратки. Під дією високих температури і тиску йдуть процеси дегідратації, декарбонізації, дезоксидації міне-

ралів, що утворилися в приповерхневій зоні.

117

Розрізняють метаморфічні процеси без зміни хімічного складу (без урахування Н2О і СО2) гірських порід (ізоморфізм) і метасома- тичні процеси, які супроводжуються зміною хімічного складу гірсь- ких порід — додаванням або вилученням речовин.

Наприклад, під дією високих тиску і температури лимоніт, втра- чаючи воду, перетворюється на гематит, опал — на халцедон, хал- цедон — на кварц. За контактного метаморфізму внаслідок вкорі- нення алюмосилікатної (гранітної) магми в карбонатні породи вап- няк реагує з магмою з утворенням комплексу нових мінералів — воластоніту Ca3[Si3O9] і гросуляру Ca3Al2[SiO4]3. Кальцій у ці міне- рали потрапляє з карбонатної породи, а глинозем і кремнезем — із магми.

3СаСO3 + 3SiO2 → Ca3[Si3O9] + 3CO2;

Кальцит Кремнезем Воластоніт

2СaMg(CO3)2 + 4SiO2 → 2CaCO3 + Mg2[SiO4] + 2CO2.

Вищерозміщені товщі порід створюють гідростатичний тиск, а горотворні процеси — однобічний. Під дією нерівномірного однобіч- ного тиску мінерали ростуть переважно в одному напрямку, пер- пендикулярно до дії тиску. Тому для багатьох мінералів метамор- фічного походження (рогова обманка, тальк, слюди та ін.) харак- терні лускувата, пластинчата, голчаста структури. Під дією високо- го тиску породи можуть набувати сланцюватої текстури, що є нас- лідком розміщення мінералів плоскими поверхнями паралельно одна одній.

Залежно від генетичних ознак, пов’язаних із різними геологіч- ними процесами, які викликають даний метаморфізм, останній по- діляють на типи і види.

Типи метаморфізму

Контактний метаморфізм пов’язаний з упровадженням магми у верхні шари земної кори. Він спостерігається на місці контакту ін- трузій і вміщувальних гірських порід. Змін зазнають як вміщу- вальні породи, так і поверхневі частини інтрузій під дією високої температури, летких компонентів і розчинів. Розрізняють кілька видів контактного метаморфізму.

Термальний контактний метаморфізм, за якого породи перетво-

рюються під переважним впливом високої температури магми і від- носно невеликого тиску. Повільне застигання магматичного роз- плаву інтрузій приводить до перекристалізації порід, інколи до утворення нових мінералів (наприклад, із глинистих мінералів утворюється хлорит). Проте істотних змін у хімічному складі вихід- них порід не спостерігається.

118

Породи, що утворюються під впливом високої температури із глинистих, піщано-глинистих і піщаних порід, називають контакт- ними роговиками. Чисті вапняки перетворюються на мармури, ква- рцові пісковики — на кварцити.

Пневматолітовий метаморфізм пов’язаний із виділенням газів із застигаючої інтрузії та дією цих газів на гірські породи. За нижчої температури гази вступають у хімічні реакції з породами, що супро- воджується формуванням нових мінералів і гірських порід. Утво- рюються такі характерні мінерали, як турмалін, що містить бор, безбарвна слюда, ло складу якої входять фтор і літій, інші мінерали. За такого метаморфізму карбонатні породи в місці контакту з інтру- зіями перетворюються на скарни, які складаються переважно з піро- ксену, гранату і деяких інших вапняково-залізистих мінералів.

Гідротермальний метаморфізм — це процес зміни гірських порід і мінералів під дією гідротермальних розчинів. При цьому відбува- ються також глибокий метасоматоз і заміщення первинних мінера- лів гірських порід. Гідротермальний метаморфізм охоплює як гірсь- кі породи, розміщені довкола інтрузії, так і самі інтрузивні породи у верхній застиглій частині. Під дією гідротермальних розчинів на залізисто-магнезіальні ультраоснóвні гірські породи спостерігається процес серпентинізації і перехід мінералів оливіну, піроксену в сер- пентин з утворенням порід, які називають серпентинітами, або змі-

йовиками.

Пневматолітово-гідротермальний метаморфізм. Внаслідок суміс-

ної дії газів і гідротермальних розчинів на метаморфічні породи гранітного і близького до нього складу, а також на глинисті сланці, гнейси утворюються грейзени (від нім. Greisen — відщеплення). У грейзенах крім кварцу, який заміщує польові шпати первинної по- роди, і світлої слюди трапляються топаз, флюорит, турмалін, олов’яний камінь, вольфраміт та ін.

Динамометаморфізм, або дислокаційний метаморфізм, прохо- дить під впливом петростатичного і спрямованого тиску (стресу), пов’язаного з тектонічними рухами земної кори, із складкоутворен- ням, розривними порушеннями, які супроводжуються явищами ко- взання. Водночас діє і температурний чинник. Під впливом однобі- чного тиску всі лускуваті, листуваті, пластинчаті мінерали і породи зазнають певного закономірного паралельного орієнтування. Вна- слідок динамометаморфізму виникає типова сланцювата текстура, або сланцюватість. Крім такої текстури спостерігається також сму- гастість (шаруватість), яка виявляється в чергуванні шарів різного мінерального складу, різного кольору або смуг мінералів різного розміру.

Регіональний метаморфізм (від лат. regionalis — обласний) — найважливіший і значно поширений вид метаморфізму. Він охоп- лює великі простори і великі товщі різноманітних гірських порід.

119

Регіональний метаморфізм має місце майже завжди в рухомих зо- нах земної кори — геосинклінальних ділянках.

Товща гірських порід, найчастіше осадового походження, внаслі- док повільного опускання якої-небудь ділянки земної кори і піді- ймання товщі осадів занурюється в глибокі надра Землі. Високі тиск і температура призводять до корінних змін стану цих порід. Ступінь метаморфізму їх на різних глибинах неоднаковий і безпо- середньо залежить від змін тиску і температури. Температура в цій зоні коливається від 300 – 400 до 900 – 1000 °С, а тиск — від 30 до

500 МПа.

Породи за ступенем їх перекристалізації на різних глибинах за близьких значень тиску і температури поділяють на метаморфічні фації. Розрізняють групи фацій регіонального і контактного мета- морфізму.

За регіонального метаморфізму виділяють такі найважливіші фації: зеленосланцеву, амфіболітову, гранулітову.

Зеленосланцева фація належить до низького ступеня метамор- фізму (t = 300...500 °C). Найхарактернішим представником порід цієї фації є зелені сланці, які утворюються по базальтах та їхніх ту- фах і містять у своєму складі хлорит, зелену рогову обманку, епідот, тобто мінерали із зеленим відтінком.

Метаморфічні породи амфіболітової фації належать до середньо- го ступеня метаморфізму (t = 500...650 °C). Характерними мінера- лами цих порід є амфіболи, слюди (біотит, мусковіт), рідше гранати, а породами — сланці, гнейси, амфіболіти.

Гранулітова фація метаморфізму, яка названа за типовою поро- дою — гранулітом і складається з кварцу, польових шпатів і грана- ту, рідко піроксенів, характеризується високими значеннями тиску і температур (t > 650 °C). Для цієї фації характерною породою є екло- гіт — дуже щільна і важка порода, яка складається з гранату і піро- ксену. Ці породи досить поширені в архейських і протерозойських відкладах.

Регресивний (ретроградний) метаморфізм, або діафторез, вини- кає в тому випадку, коли глибокометаморфізовані породи внаслідок підіймання до поверхні піддаються дії більш низькотемпературних процесів (наприклад, карбонізація і процес утворення мінералів, які містять гідроксильні групи). Регресивний метаморфізм відбува- ється за нижчих температур і тисків, ніж звичайний прогресивний. За регресивного метаморфізму гірські породи і мінерали перетво- рюються в умовах послідовного підвищення температури і тиску.

Ударний (імпактний) метаморфізм виникає під дією на гірські породи потужної ударної хвилі, спричиненої падінням на землю ве- ликих метеоритів, і супроводжується виділенням великої кількості

120