ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ. МИНЕРАЛОГИЧЕСКИЙ СОСТАВ ГОРНЫХ ПОРОД И ПОЧВ

Процессы образования минералов и горных пород

Выделяют две группы процессов образования минералов и горных пород: эндогенные (глубинные) и экзогенные (поверхностные).

• 1. Эндогенные, или гипогенные (глубинные), процессы. Протекают они внутри Земли за счет ее внутренней энергии. В результате этих процессов образуются первичные минералы и массивные, в основном кристаллические, породы.
• 2. Экзогенные, или гипергенные (поверхностные), процессы происходят на поверхности Земли главным образом под воздействием солнечной энергии. В результате образуются вторичные минералы и осадочные породы.

Эндогенные процессы подразделяются на магматические и метаморфические.

Магматические процессы. Магматические процессы протекают на больших глубинах при высокой температуре и давлении. Застывание и кристаллизация магмы приводят к образованию различных магматических (изверженных) горных пород и минералов (температура 700—800 °С, иногда до 1200 °С).

По способу образования магматические породы подразделяются на внедрившиеся (интрузивные) и излившиеся (эффузивные). Первые — формируются на большей или меньшей глубине от поверхности земли, в толще осадочных, метаморфических или других изверженных пород, которые они прорывают. Вторые — образуются из магмы, достигшей земной поверхности при извержениях вулканов. Они представляют собой затвердевшие вулканические лавы и близкие к ним породы.

В свою очередь, магматические процессы включают собственно магматические и постмагматические.

Сущностью собственно-магматических процессов является кристаллизация магмы на глубине при температуре 800—1200 °С и давлении в 3—8 тыс. атм с образованием горных пород и минералов класса силикатов (амфиболов, пироксенов и др.).

Постмагматические процессы (послемагматические) подразделяются в зависимости от стадии затвердевания магмы. Среди них различают: пегматитовые, пневматолитовые, гидротермальные и пневматолитово-гидротермальные процессы.

Пегматитовый процесс связан с остыванием и кристаллизацией остаточного магматического расплава в верхней части магматического очага, оставшегося после кристаллизации основного объема магмы, обогащенного парами и газами. Процесс протекает на глубине 3—8 км при температуре 600-900 °С с образованием особых минеральных тел — пегматитовых жил различного типа, состоящих из крупных кристаллов минералов, среди которых — полевые шпаты, кварц, слюды и др.

Пневматолитовый процесс (эксгаляционный) происходит в кратерах, пустотах лавовых потоков, на склонах вулканов. Он проявляется в образовании минералов непосредственно из вулканических эксгаляций газов и паров (температура выше 200-300 °С).

Гидротермальные процессы протекают с участием горячих водных растворов, восходящих из магматических очагов. Как правило, эти растворы циркулируют вдоль трещин, при заполнении которых формируются характерные минеральные тела (гидротермальные жилы) и различные минералы (золото, серебро, галенит и др.). Различают высокотемпературные (200—300 °С), среднетемпературные (100—200 °С) и низкотемпературные (< 100 °С) гидротермальные процессы.

Пневматолитово-гидротермалъные процессы совершаются при воздействии на горные породы высокотемпературных (300—500 °С) газово-водных растворов и носят, главным образом, метасоматичес- кий характер, т.е. выражаются в замещении минералов ранее образовавшихся горных пород новообразованными минеральными ассоциациями.

Метаморфические процессы. Различают следующие четыре типа процессов метаморфизма: регионально-метаморфические, дина- мометаморфические, контактово-метаморфические и метосамоти- ческие.

Регионально-метаморфические процессы происходят в условиях высоких температур и давлений. В зонах интенсивного прогибания земной коры горные породы попадают в глубокие слои и подвергаются воздействию высокой температуры и давления, высокотемпературных водных растворов. В результате на значительных территориях происходит перекристаллизация пород с существенным изменением их первоначального минерального состава. Меняется облик пород. Из тонкозернистых, землистых или стекловатых они превращаются в кристаллические породы и обычно приобретают сланцеватое сложение.

Динамометаморфические процессы — преобразование горных пород под воздействием ориентированного давления — протекают в пределах сравнительно узких зон тектонических разломов. Эти процессы выражаются в деформации пород (дроблении), рассланцева- нии и нередко сопровождаются перекристаллизацией.

Контактово-метаморфические процессы заключаются в изменении вмещающих горных пород под воздействием температуры внедрившихся в них массивов изверженных пород (интрузивов). Контактово-метаморфические процессы тесно связаны с контактово-мета- соматическими процессами.

Метасоматические процессы большей частью ограничиваются явлениями перекристаллизации вещества горных пород под воздействием высокой температуры, давления и при участии нагретых водных растворов с образованием новых минеральных ассоциаций. Частным случаем метасоматических процессов являются контакто- во-метасоматические, выражающиеся в химическом взаимодействии изверженных пород с контрастными по химическому составу вмещающими породами.

Между всеми перечисленными процессами образования минералов и горных пород наблюдаются взаимные переходы, и в природе не всегда удается их четко разделить.

В результате экзогенных процессов образуются вторичные минералы и осадочные горные породы. Выделяют следующие виды проявления экзогенных процессов: выветривание (физическое, химическое и биологическое) горных пород различного происхождения, перенос продуктов выветривания (денудация), отложение их в виде осадка (аккумуляция) и последующее окаменение (диагенез).

Выветривание (синоним — гипергенез) — это совокупность абиотических и биологических процессов разрушения и образования горных пород и слагающих их минералов под воздействием агентов атмосферы, биосферы, гидросферы в верхних слоях земной коры. Неотъемлемой частью процессов выветривания являются процессы денудации — переноса продуктов разрушения горных пород в пониженные участки под действием внешних сил (вода, тепло, ветер и др.). В результате этих процессов образуется кора выветривания. Мощность современной коры выветривания составляет от нескольких метров до десятков метров.

Выделяют три вида выветривания: физическое, химическое и биологическое.

Физическое выветривание — это процесс разрушения (растрескивания, дробления) минералов под воздействием давления, возникающего за счет суточных и сезонных колебаний температуры (тепловое расширение и сжатие минералов, замерзание и оттаивание воды), механической деятельности ветра, потоков воды, корней растений. В результате увеличивается дисперсность и удельная поверхность пород, снижается их плотность.

Химическое выветривание — процесс химического изменения и разрушения горных пород и минералов с образованием новых минералов и в конечном итоге — новых пород.

Химические реакции происходят при участии воды, углекислого газа, кислорода и других веществ.

Вода растворяет вещества, содержащиеся в горных породах и минералах; при этом в раствор поступают катионы и анионы, изменяющие кислотно-щелочные условия. Это увеличивает растворяющую способность воды. Разложение минералов водой усиливается с повышением температуры и насыщением ее углекислым газом, который подкисляет реакцию среды. Гидролиз минералов, реагирующих с водой, приводит к образованию новых минералов. В преобразовании минералов в присутствии угольной кислоты большую роль играют реакции карбонатизации (образование карбонатов) и декарбо- натизации (разрушение карбонатов).

Реакции окисления-восстановления принимают активное участие в процессах гипергенеза. Красные, красно-бурые, желтые окраски кор выветривания обусловлены окисленными формами железа, марганца и других элементов. В восстановительных условиях преобладают сизые и серые тона. В ходе химического выветривания развивается элювиальный процесс — вынос с растворами ряда элементов за пределы коры выветривания. В первую очередь вымываются наиболее растворимые соединения, что обусловливает стадийность процесса выветривания. В соответствии со стадийностью и химическим составом существует большое разнообразие кор выветривания. Они подразделяются по возрасту: современные, древние, ископаемые; по геохимическому типу: элювиальные, транзитные, аккумулятивные; по вещественному составу и стадиям выветривания: обломочные (состоят из обломков пород), засоленные (содержат водорастворимые соли), си- аллитные (отношение Si0₂: А1₂О_э > 2), аллитные (Si0₂: А1₂О_э < 2). Обломочные, сиаллитные коры выветривания формируются и сохраняются в условиях умеренного климата и характеризуются начальными стадиями выветривания; аллитные, более зрелые, формируются в условиях влажного тропического климата.

В процессе выветривания преобладает разрушение первичных минералов, которые образовались в глубоких слоях земной коры при высоких температурах и давлении. Попадая на поверхность земной коры, в иные термодинамические условия, они теряют устойчивость.

Первичные минералы различаются по устойчивости к выветриванию в соответствии со строением и составом. Наиболее устойчивым из широко распространенных минералов является кварц, к малоустойчивым относятся полевые шпаты. Образующиеся в процессе гипергенеза вторичные глинистые минералы играют большую роль в процессах почвообразования и являются более устойчивыми к выветриванию в условиях земной поверхности.

Биологическое выветривание — процесс разрушения и изменения горных пород и минералов под действием организмов и продуктов их жизнедеятельности. При биологическом выветривании механизмы процессов разрушения, изменения минералов и пород те же, что и при физическом и химическом выветривании. Однако интенсивность процессов существенно увеличивается, поскольку увеличивается агрессивность среды. Корни растений и микроорганизмы выделяют во внешнюю среду углекислый газ и различные кислоты (щавелевую, янтарную, яблочную и др.). Нитрофикаторы образуют азотную кислоту, серобактерии — серную. В процессе разложения мертвых остатков растений и животных образуются агрессивные гумусовые кислоты — фульвокислоты, способные разрушать минералы. Многие виды бактерий, грибов, водоросли, лишайники могут усваивать элементы питания непосредственно из первичных минералов, разрушая их при этом. Именно таким является механизм первичного почвообразования.

В верхней части коры выветривания процесс выветривания протекает совместно с процессом почвообразования и является неотъемлемой составной частью почвообразования, также как почвообразование является неотъемлемой частью выветривания. Однако в более глубоких слоях за пределами почвенного профиля, а также в подводных ландшафтах выветривание выделяется как самостоятельный процесс. В этих слоях в процессах выветривания также принимают участие микроорганизмы и продукты их жизнедеятельности.

Большой геологический круговорот веществ.

Процессы выветривания являются начальным этапом большого геологического круговорота веществ. Взаимодействие внутренних и внешних геологических процессов объединяет большой геологический круговорот веществ.

В результате действия эндогенных процессов образуются крупные формы рельефа земной поверхности: горные системы, возвышенности, низменности, океанические впадины. Под действием экзогенных процессов происходит разрушение магматических горных пород, перемещение продуктов разрушения в реки, моря и океаны и формирование осадочных пород. В результате движений земной коры осадочные породы погружаются в глубокие слои, подвергаются процессам метаморфизма (действию высоких температур и давления) и образуются метаморфические породы. Последние при погружении в более глубокие слои могут переходить в расплавленное состояние (магма- тизация), а затем в результате вулканической деятельности поступать в верхние слои литосферы или на ее поверхность в виде магматических пород. Таким образом происходит образование основных групп почвообразующих пород и различных форм рельефа.