ВЕЩЕСТВЕННЫЙ СОСТАВ ЗЕМНОЙ КОРЫ. МИНЕРАЛЫ И ГОРНЫЕ ПОРОДЫ

Основным предметом изучения геологии является верхняя твердая оболочка Земли — земная кора, доступная для непосредственных прямых наблюдений. Земная кора сложена различными горными породами магматического, осадочного и метаморфического происхождения, которые отличаются друг от друга условиями образования, составом и строением. Некоторые магматические породы представляют собой вулканические стекла — излившееся на поверхность расплавленное вещество земной коры или верхней мантии, остывшее так быстро, что не успело раскристаллизоваться. Большинство горных пород — это скопления различных минералов, их обломков или обломков других горных пород. Они представляют собой сложные естественные минеральные агрегаты. Минералы, слагающие горные породы, образованы определенными сочетаниями химических элементов.

В настоящее время достаточно хорошо известен средний химический состав верхней части земной коры до глубин примерно 20 км. Самыми распространенными здесь являются восемь химических элементов: кислород, кремний, алюминий, железо, кальций, натрий, калий и магний.

ГЛАВНЫЕ ПОРОДООБРАЗУЮЩИЕ МИНЕРАЛЫ

ПОНЯТИЕ О МИНЕРАЛАХ

Минералы (от греч. minera — руда) представляют собой твердые природные вещества сравнительно постоянного химического состава и внутреннего строения, образующиеся в земной коре или на ее поверхности только в ходе различных геологических процессов.

В настоящее время в лабораторных условиях и даже в промышленных масштабах налажено получение синтетических аналогов природных минералов, имеющих важнейшее значение (алмаза, пьезокварца и др.). С точки зрения Международной минералогической ассоциации (ММА), эти вещества минералами не являются.

Установлено, что минералы встречаются не только на Земле. Твердые тела Солнечной системы — планеты земной группы, их спутники, астероиды, метеориты, частицы космической пыли, прилетающие на Землю из космического пространства, также состоят из минералов.

Природные вещества, из которых образуются минералы, почти всегда содержат некоторое количество различных примесей. Как результат, отдельные физические свойства одного и того же минерала могут незначительно отличаться.

В настоящее время установлено более 5000 видов и разновидностей минералов, но только несколько десятков из них (около 100) имеют широкое распространение в составе горных пород и руд. Эти минералы принято называть породообразующими.

Другие минералы встречаются в земной коре значительно реже, их количество не превышает 5% и содержатся они не во всех породах. Эти второстепенные минералы называют акцессорными.

В курсе общей геологии изучаются только главные породообразующие минералы.

Большинство минералов имеют кристаллическое строение, и только незначительная их часть встречается в твердом аморфном состоянии. Минералы, имеющие кристаллическое строение, характеризуются строго определенным, упорядоченным расположением составляющих их частиц (ионов, атомов, молекул). Характер пространственного расположения этих частиц обусловливает геометрически правильную структуру кристаллической, или пространственной, решетки кристалла. В аморфных минералах в расположении слагающих их частиц закономерности нет. Различия во внутреннем строении определяют различия физических свойств кристаллических и аморфных минералов. Важнейшими свойствами кристаллических минералов являются их однородность, анизотропность и способность самоограняться.

Однородность (изотропность) — одинаковость физических свойств кристалла во всех направлениях. Проявляется у минералов, имеющих кристаллическую решетку с равными расстояниями между узлами.

Анизотропность (неравносвойственность) заключается в изменении свойств кристалла с изменением направления в нем.

Способность самоограняться — свойство, присущее лишь кристаллическим веществам, принимать многогранную форму в результате свободного роста в благоприятной среде.

Аморфные вещества изотропны, кристаллов не образуют.

В конце XVIII в. было замечено, что в разных термодинамических условиях некоторые вещества одинакового химического состава могут приобретать различную кристаллическую структуру и разные физические свойства, т.е. представлять собой разные минералы. Такое явление получило название полиморфизма. Полиморфизм (от греч. polys — многочисленный и morphe — форма) — способность твердых веществ одинакового химического состава образовывать в различных условиях температуры и давления разные минералы, отличающиеся строением кристаллической решетки, формой кристаллов, физическими свойствами. Например, графит и алмаз — формула С; кальцит и арагонит — СаСОэ (рис. 1.1).

Заметим, что минералы с разным переменным составом могут кристаллизоваться в кристаллах, весьма близких по форме и строению. При этом состав минерала непрерывно изменяется от одного крайнего члена ряда к другому. Способность атомов разных химических элементов замещать друг друга в одних и тех же позициях кристаллической структуры минералов называется изоморфизмом (от греч. isos — равный и morphe — форма). Главные условия изоморфизма — близость как размеров атомов или ионов, так и их химических свойств. В результате взаимного замещения атомов или ионов изоморфные вещества могут образовывать минералы переменного состава. Такие соединения называются твердыми растворами, поскольку в них один минерал как бы растворен в другом. Например, установлено непрерывное изменение состава от магнезиального минерала форстерита — Mg2Si04, до железистого минерала фаялита —

Внешний вид и кристаллическая структура двух полиморфных модификаций углерода

Рис. 1.1. Внешний вид и кристаллическая структура двух полиморфных модификаций углерода: а — графит; б — алмаз

Fe2Si04. Эти минералы — конечные члены ряда, обладающие постоянным химическим составом. В тоже время промежуточный член ряда — оливин (Mg, Fe)2[Si04] — представляет собой их изоморфную смесь переменного состава. Весь этот ряд минералов, включающий два конечных члена, объединяется в группу оливина. Такие ряды называются изоморфными рядами, или сериями, а крайние члены изоморфных рядов — изоморфными минералами.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >