Какие полезные ископаемые образуются в наш период
Бóльшая часть всех химических элементов, в том числе и очень ценных, рассеяна в горных породах. Лишь очень незначительная часть их сосредоточена в месторождениях полезных ископаемых. Но хотя содержание элементов в горных породах низкое, их общее количество в земных недрах грандиозно.
Все полезные ископаемые по условиям их образования разделяются на глубинные и поверхностные. Глубинные месторождения называются эндогенными (от греческих слов «edo» — внутри, «geos» — происхождение), а поверхностные — экзогенными (греч. «ехо»— снаружи).
Глубинные, или эндогенные, месторождения формируются в результате внедрения в земную кору раскаленных подземных расплавов, или магм, и их застывания. Магма по трещинам проникает в горные породы. При этом только незначительная часть магмы в вулканах достигает поверхности Земли, образуя потоки лавы и скопления вулканического пепла. Большее количество магмы не доходит до земной поверхности и застывает на глубине, образуя глубинные кристаллические магматические породы, такие как гранит. Застывшие на глубине и на поверхности Земли магматические породы широко используют в качестве природных каменных строительных материалов.
Благодаря различию физических и химических свойств элементов в процессе остывания магматических расплавов в недрах Земли происходит их разделение и образуются скопления части химических элементов.
При остывании так называемых основных магм, содержащих в своем составе не более 50% окиси кремния, процесс разделения веществ в них идет подобно выплавке чугуна в домнах. При этом в скоплениях магмы, застывающих на глубине, кверху всплывают легкие породы, а на дно магматического резервуара опускаются тяжелые минералы. Эти тяжелые минералы образуют рудные магматические месторождения. Наиболее значительные из них — месторождения железа и титана, хрома и платины, меди и никеля. Близки к ним по своему происхождению и месторождения алмазов в кимберлитовых трубках Сибири и Южной Африки, но для их образования, кроме высокой температуры, необходимо огромное давление.
Совершенно иначе обособляются ценные минералы при застывании так называемых кислых магм, содержащих более 50% окиси кремния. В этих магмах повышенное содержание различных газов, в том числе паров воды. Газы растворяют многие химические соединения, особенно металлические, и не дают им выпадать в осадок на ранних стадиях остывания магмы. Поэтому условия для их концентрации создаются в самых поздних, не успевших полностью отвердеть остатках магматических расплавов. Часть таких остаточных расплавов магмы, насыщенных горячими газами и растворенными в них ценными элементами, внедряется по трещинам в горные породы и, остывая, образует так называемые пегматитовые жилы. Они состоят из кварца и полевого шпата, а иногда содержат накопления слюды, драгоценных камней (топаз, аквамарин и др.), минералов бериллия и лития, олова, вольфрама, урана.
Магматические газы с растворенными в них ценными соединениями не только накапливаются в остаточных очагах магмы, но также могут просачиваться через уже отвердевшие стенки. Так они проникают в окружающий остывающий магматический очаг породы. При этом между фильтрующимися раскаленными газами и окружающей породой могут возникнуть химические реакции. Особенно бурно они протекают между горячими магматическими газами и известковыми породами. В ходе таких реакций по периферии массивов остывающих магматических пород, в зоне соприкосновения их с известняками, возникают так называемые скарны. Они состоят из минералов, в состав которых входит известь, кремний и алюминий. Кроме того, в скарнах часто накапливаются минералы железа, меди, свинца, цинка, вольфрама, бора.
Но не все магматические газы реагируют на глубине с горными породами. Большая их часть вследствие высокого давления устремляется по трещинам и порам горных пород вверх, к поверхности Земли. При этом минерализованные пары постепенно охлаждаются, сжижаются и превращаются в горячие минеральные воды — гидротермы. Они продолжают подниматься по пористым водопроницаемым горным породам. По мере дальнейшего охлаждения горячих минеральных вод растворенные в них соединения ценных и других элементов выпадают в осадок. Заполняя трещины горных пород, они образуют жилы полезных ископаемых. Часть элементов гидротерм вступает в реакцию с минералами горных пород и отлагается, формируя залежи полезных ископаемых, замещающие эти горные породы. Такие месторождения, образованные отложениями горячих минеральных вод в недрах Земли, называются гидротермальными. С этой очень важной группой эндогенных месторождений полезных ископаемых связаны большие количества руд меди, свинца, цинка, олова, вольфрама и других ценных элементов.
Экзогенные месторождения образуются под действием геологических процессов у поверхности Земли. Они формируются в ходе длительных изменений горных пород по мере их перемещения из недр к поверхности Земли. Такие медленные или внезапные катастрофические подъемы отдельных участков земной коры происходили во все геологические эпохи и продолжаются в наши дни. У поверхности Земли горные породы под действием колебаний температуры и водных потоков механически разрушаются на мелкие и мельчайшие обломки. Под влиянием воды, кислорода и углекислоты они химически разлагаются, меняя свой состав. Продукты такого разрушения уносятся водными потоками в реки и, оседая на их дне, образуют хорошо известные речные месторождения гравия, песков и глин. При этом некоторые химически стойкие, неокисляющиеся, твердые и тяжелые минералы накапливаются в нижней донной части речных отложений, образуя россыпи. В россыпях могут концентрироваться только тяжелые минералы с удельным весом более 3. Поэтому именно в виде россыпей известны месторождения золота, платины, оловянного камня, вольфрамита и т. д.
Значительная часть минеральной массы, находящейся в речной воде в виде ила или в растворенном состоянии, выносится в моря и океаны. Масштабы такого выноса огромны. Так, Волга за год выносит в Каспийское море 25,5 миллионов тонн взвешенного в воде материала, Амударья в Аральское море — 215 миллионов тонн, Амазонка в Атлантический океан — около 1000 миллионов тонн. В океанах и морях минеральные вещества осаждаются и накапливаются на дне. Эти минеральные вещества поступают с континентов, под влиянием силы тяжести, в результате химического воздействия соленой морской воды или в связи с жизнедеятельностью морских организмов. Так создаются толщи пород осадочного происхождения, среди которых находятся пласты осадочных полезных ископаемых. Кроме таких общеизвестных осадочных пород, как пески, глины, известняки, распространены месторождения руд железа, марганца, алюминия, фосфоритов, угля и нефти.
На поверхности Земли образуются месторождения полезных ископаемых также в результате растворения и выноса части вещества грунтовыми водами, причем в остатке накапливаются трудно растворимые ценные минеральные соединения. Например, в породе, состоящей из соединений кальция и алюминия, кальциевые минералы могут растворяться и удаляться с водой, а в остатке накопятся соединения алюминия — бокситы — ценная руда для производства этого металла. Такие месторождения называются остаточными. Среди них, помимо бокситов, известны залежи железной руды, никелевой руды, фосфорных соединений.
Часть растворенного вещества может снова отложиться под землей из грунтовых вод, при их проникновении по проницаемым породам. Возникающие при этом месторождения так и называются инфильтрационными. Среди инфильтрационных известны месторождения никеля, меди, золота, урана.
Если горные породы и заключенные среди них месторождения полезных ископаемых погружаются в глубь Земли, на них действует давление залегающих на них толщ и внутренний жар Земли. Под их влиянием горные породы и полезные ископаемые изменяются, преобразуются в метаморфические, такие, как гнейс или кристаллический сланец. При этом могут возникнуть метаморфические месторождения полезных ископаемых («метаморфоза» — изменение). К ним относятся как ранее существовавшие, но подвергшиеся интенсивному изменению тела, так и возникшие вновь из-за метаморфизма. К таким принадлежат, например, месторождения мрамора, кровельных сланцев, слюды, графита, гранатов.
Источник
Одним из наиболее ценных источников энергии для мировой промышленности в настоящее время являются твердые горючие полезные ископаемые. Человечество без них уже вряд ли сможет обойтись. Кроме прочего, еще гениальный Дмитрий Иванович Менделеев говорил: «Топить можно и ассигнациями». Ученый подразумевал, что эти ресурсы было бы полезнее использовать для синтеза требуемых человеку веществ.
Современная наука постоянно подтверждает его правоту. Как ни странно, но во многом тем богатствам, которые залегают глубоко под землей, мы обязаны древней флоре. Именно древние папоротники и деревья образовали со временем многие полезные ресурсы. Кстати, а какие полезные ископаемые образовались из древних растений? Что ж, давайте узнаем!
Общая характеристика ископаемых растительных видов топлива
Все эти виды топлива содержат огромное количество углерода. Образовались все они из растительных остатков, на которые в течение миллионов лет действовало повышенное давление и высокая температура. Возраст некоторых видов древнего растительного топлива значительно превышает отметку в 650 миллионов лет. Приблизительно 80% этих ископаемых образовалось в третичный период. Именно этим временам мы обязаны тем, что ресурсы полезных ископаемых до сих пор обеспечивают нас всем необходимым.
Основной особенностью их образования следует считать то обстоятельство, что в те времена на планете было еще мало кислорода, который в настоящее время очень быстро окисляет органику, зато много углерода и соединений на его основе. Осадочные породы быстро консервировали огромные массы веществ в толще земли.
Чтобы вы лучше ориентировались в этом вопросе, нами была подготовлена таблица. Полезные ископаемые далеко не бессистемно располагаются в недрах земли.
Форма рельефа | Строение коры, ее возраст | Основные виды ископаемых | Примеры |
Равнина | Щиты времен археозоя, протерозоя | Много железных, марганцевых руд | Балтийский щит Русской платформы |
Плиты древних платформ, формирование которых происходило во времена палеозоя | Нефть, газ, уголь и прочие ископаемые растительного происхождения | Западная Сибирь | |
Горы | Молодые горы альпийского возраста | Много полиметаллических руд | Кавказ |
Старые, разрушенные горы времен мезозоя | Содержат практически все виды ценных ископаемых, в том числе и полиметаллические руды | Казахский мелкосопочник |
Впрочем, в среде некоторых ученых популярна теория абиогенного происхождения многих горючих ископаемых, которая объясняет их возникновение сочетанием разнообразных факторов, которые привели к появлению сложных углеродных соединений из простых неорганических веществ.
Эта точка зрения также имеет свое право на жизнь, но большинство ученых все же уверены, что подавляющее число месторождений имеет именно биологическую природу возникновения. Ну так какие полезные ископаемые образовались из древних растений? Об этом мы сейчас и расскажем.
Важность для промышленности и человека
Как мы уже и говорили, многие из этих веществ – настоящий кладезь для современной химической промышленности. Тот же уголь содержит в себе множество соединений, которые в иных случаях можно получить только в результате сложного и дорогого синтеза. К примеру, гуминовые кислоты, которые в природе встречаются не так уж и часто и довольно сложны для искусственного синтеза, человек массово получает из дешевого и распространенного бурого угля.
В принципе, обо всем этом вам расскажет экономическая география. Полезные ископаемые играют важнейшую роль в формировании нормальной производственной экономики любой страны.
Следует помнить, что полноценное использование многих ресурсов растительного происхождения возможно только в том случае, если человек хорошо знает нюансы их образования. Сначала мы рассмотрим уже не раз упомянутые нами угли, так как процесс их образования весьма интересен. Угли, как и другие основные полезные ископаемые растительного происхождения, были образованы различными растениями в процессе их отмирания.
Характеристика образования гумусовых углей
Очень давно, когда на Земле все еще бродили гигантские динозавры, на огромных пространствах произрастали красивые пышные леса. Для их роста и развития условия были идеальны: в почве много органики, а в атмосфере преобладает углекислый газ. Впрочем, эти же условия способствовали тому, что растения весьма бурно отмирали. Их части падали на землю, где быстро разлагались, так как ничем не были защищены от окислительного действия воздуха.
Совокупность всех этих факторов приводила к очень быстрому разложению целлюлозы. Гигантские массы растительности превращались в настоящий «коктейль» гуминовых веществ, разбавленный незначительными количествами примесей смол, восков и парафинов. Впрочем, вся эта масса довольно быстро разлагалась микроорганизмами, а потому особенно быстрого накопления органического вещества в ту пору не происходило. Основные запасы полезных ископаемых появились несколько позднее.
Так как образовывался непосредственно уголь?
Описанным выше способом происходило образование сухого торфа, которого и в нынешнее время на поверхности нашей планеты достаточно. Как правило, никаких дальнейших метаморфоз с ним не происходило, так как чаще всего его покрывал слой песка и земли, надежно консервируя органику от воздействия кислорода и микроорганизмов. Такая масса была крайне пластичной, а потому какого-то расслоения или перемешивания в дальнейшем не происходило.
Так как неразложившейся органики в толще торфа было очень мало, дальнейших процессов гниения не было. Таким образом, температура в толще пластов всегда оставалась на одном уровне.
Давление и время…
Впрочем, со временем слои постепенно уплотнялись по причине слеживания. Постепенно гуминовые кислоты превращались в гумиты, смолы подвергались процессу декарбоксилирования, и только лишь воски оставались неизменными на протяжении тысячелетий. Вот так происходило образование бурых гумусовых углей. Особенно их много в Красноярском крае. Это наиболее распространенные полезные ископаемые края (и важный источник доходов, конечно же).
Под воздействием целого спектра факторов внешней среды происходил постепенный их метаморфоз, в результате которого получались каменные гумусовые угли. Основная роль в этом процессе принадлежит высокому давлению и не менее высокой температуре. В этих условиях гуминовые кислоты начинали интенсивно разлагаться, смолы и воски подвергались естественной полимеризации.
Все это приводило к синтезу неплавких, совершенно нерастворимых соединений. Именно благодаря им этот сорт угля и сохранился до наших дней. Он залегает на сравнительно небольших глубинах, а потому при условии несколько иных физических и химических свойств он бы неизбежно подвергся вымыванию. А какие полезные ископаемые образовались из древних растений, помимо описанного выше гумусового угля?
О процессе образования смешанного типа углей
Следует отметить, что в природе процесс образования чистых гумусовых соединений протекал чрезвычайно редко. Куда чаще происходил смешанный процесс. Ученые предполагают, что шел он сразу по нескольким направлениям. Как правило, происходило все это на дне древних водоемов, на месте которых сейчас располагаются месторождения полезных ископаемых.
Гумусовые вещества постепенно приносились туда с дождевыми водами и медленно, в течение столетий, оседали на дне. Планктон, который активно развивался при таком обилии органических веществ, постепенно перемешивался со всей этой массой. Но все могло быть совершенно иначе.
После того как на сушу обрушивались мощные ураганы и ливневые дожди, в водоемы попадало огромное количество гумусовых веществ и разнообразных минеральных соединений. Сначала на дне оседали именно тяжелые минералы, а уж гумусовые кислоты действовали на них как мощные окислители. Постепенно вся эта масса подвергалась полимеризации. Так как кислорода на дне водоемов было очень мало, вещества со временем оказались под воздействием процесса дегидратации. Вот так и образовывался уголь смешанного состава.
Данные полезные ископаемые России чрезвычайно распространены в Восточной части нашей страны.
О химическом составе углей
В общем-то, их состав не отличается особым разнообразием: углерод, водород, кислород, азот и сера. Отличие только в массовой доле всех этих веществ, так как именно по их процентному соотношению можно с уверенностью определить не только вид ископаемого растительного топлива, но даже регион его возникновения и добычи. Чтобы вы имели хотя бы приблизительное представление об этом вопросе, разберем состав среднестатистического бурого гумусового угля.
Классификация веществ, входящих в состав углей
Наиболее типичные вещества, которые входят в состав любого его сорта, называются углеобразователями. Вот их полный перечень:
- Как ни странно, белки. При гидролизе угля ученые обратили внимание, что в получаемой смеси имеется некоторое количество аминокислот. Нахождение этих веществ в толще пластов ископаемого топлива объясняется довольно просто: это законсервированные в давние времена простейшие, а также останки более высокоразвитых организмов. Во всяком случае многие месторождения полезных ископаемых зачастую могут похвастаться коллекцией, достойной палеонтологического музея.
- Конечно же, целлюлоза. Этот сложный углевод, являющийся основным строительным материалом любой растительной формы жизни, составляет немалую весовую часть как углей, так и горючих сланцев (о них мы поговорим ниже).
- Воски, о которых мы неоднократно упоминали. Представляют собой сложные эфиры некоторых карбоновых кислот и алифатических спиртов.
- Смолы. Это весьма сложная смесь из все тех же карбоновых кислот, а также омыляющихся и неомыляющихся веществ. В некоторых специфичных условиях легко поддаются декарбоксилированию и быстрой полимеризации. Являются своего рода «связующим звеном» для угля, так как скрепляют его компоненты на процессе первичного сжатия.
Именно практически идентичный состав всех ископаемых сортов топлива говорит об их растительном и частично животном происхождении. Поборникам абиотического появления той же нефти не удается найти достаточно убедительных доводов, при помощи которых можно было бы опровергнуть эти фактические данные. Во всяком случае любая карта полезных ископаемых (органических) покажет, что их залежи преимущественно находятся на местах древних морей, богатых органикой.
Основные сведения о добыче угля
Характеристики и способы этого процесса в полной мере зависят от глубины залегания пластов. Если таковая не превышает ста метров, то возможен открытый, карьерный способ разработки. Очень часто бывает так, что с увеличением глубины разреза экономически более целесообразным становится шахтовый метод.
На территории нашей страны уровень самой глубокой шахты равен приблизительно 1200 метрам. Любая карта полезных ископаемых России покажет, что больше всего их в Сибири. Край этот заслуженно считается настоящей кладовой, житницей природы.
Прочие важные вещества
Необходимо отметить, что в пластах каменного угля нередко встречаются скопления веществ, обладающих громадной промышленной ценностью. К ним относятся некоторые ценные геологические породы (мрамор, к примеру), огромное количество метана, а также редкие, рассеянные химические элементы. К примеру, некоторые сорта бурого угля содержат много германия, без которого немыслима современная радиоэлектронная промышленность, так как именно на его основе создаются многие виды полупроводников.
Применение каменного угля в современной промышленности
Давно прошли те времена, когда этот вид полезных ископаемых использовался исключительно в качестве топлива. Как мы уже отмечали, из него добываются некоторые редкие химические элементы, уголь служит сырьем для производства многих типов пластмасс. Еще со времен Второй мировой войны известно, что из него можно делать искусственный бензин.
Именно эти полезные ископаемые России во многом обеспечили интенсивный рост промышленности после революции. Они же позволяют поддерживать экономику на стабильно высоком уровне.
Горючий сланец
Это твердое горючее ископаемое растительного происхождения из группы твёрдых каустобиолитов. Основной чертой сланцев, которая обеспечила им столь высокую популярность в последние годы, является смола, входящая в их состав. Ее получают при перегонке. Ценность ее в том, что по своим физико-химическим свойствам она очень близка к нефти, но при этом стоимость ее добычи куда ниже нефтяного промысла.
Дифференциальный состав
Главным отличием сланца от все того же угля является то, что в его составе содержится больше минеральных веществ. Органическая его часть — кероген. Только в сланцах наивысшего качества его доля доходит до 70%, тогда как во всех прочих случаях содержание органики не превышает 30%. Кероген представляет собой ископаемые остатки древнейших одноклеточных водорослей.
Та их часть, которая за века не потеряла следов клеточного строения, — это талломоальгинит. Соответственно, полностью деградировавшие одноклеточные водоросли получили название коллоальгинит. Помимо этого, в сланцах довольно часто можно отыскать даже части высших растений, которые были на нашей планете в незапамятные времена.
Вот какие полезные ископаемые образовались из древних растений. Надеемся, что из этой статьи вы получили все интересовавшие вас сведения.
Источник