Наука о горных породах и полезных ископаемых

Петрография — это наука о горных породах, т. е. самостоятельных минеральных агрегатах более или менее постоянного химического и минералогического состава, из которых в основном состоит земная кора.

Минералогический, а следовательно, и химический состав горных пород подвержен колебаниям в известных пределах, в силу чего и не может быть выражен определенной химической формулой, как принято выражать химический состав минералов.

Петрография изучает все свойства горных пород — их минералогический и химический состав, их строение, условия залегания в земной коре, отношения между различными породами, а также изменения горных пород с течением времени — и стремится установить законы, которые руководят образованием, изменением горных пород, их распространением в земной коре.

Горные породы представляют ту материальную среду, которая называется земной корой. Они или вмещают те или иные полезные ископаемые, или сами являются таковыми. Понимание и правильное толкование образования полезных ископаемых, правильное направление разведочных работ и оценка месторождения невозможна без детального изучения вмещающих пород, отображающих весь процесс формирования месторождения.

Некоторые характерные черты вмещающих пород служат нередко при пиками присутствия тех или иных полезных ископаемых. Так, платина и сульфиды никеля приурочены обычно к ультраоcновным или основным магматическим породам. Касситерит часто связан с измененными гранитами — грейзенами. Крупные скопления руд вольфрама и молибдена обычно находятся в гранато-пироксеновых породах — скарнах.

Необходимость петрографического изучения горных пород возникает на каждом шагу. Пригодные для цементного производства известняки не должны содержать заметного количества доломита и т. д. Хронологическое сопоставление пород, не содержащих органических остатков, также требует знания их петрографического характера. Но, кроме прямого практического значения, знание состава и характера горных пород необходимо и для исследования геологической истории изучаемого района, для понимания его тектоники, геоморфологии и других задач общего геологического исследования.

Для изучения горных пород петрография пользуется как методами, выработанными родственными ей науками — геологией, минералогией, физикой, химией, так и собственными, чисто петрографическими методами. Важнейшим петрографическим методом исследования является оптическое изучение горных пород при помощи поляризационного микроскопа, для чего из породы приготовляют тонкую пластинку — шлиф.

Описание оптических методов исследования горных пород не входит в задачу данного курса; для ознакомления с ними можно воспользоваться одним из учебников петрографии. Но, помимо оптических методов, многие горные породы могут быть, хотя и не совсем точно, определены макроскопически, по внешнему виду, на основании их минералогического состава и структуры, видимых невооруженным глазом или с помощью лупы. Этот способ определения обладает важным преимуществом — быстротой; он не требует никаких приспособлений, кроме карманной лупы, и может применяться непосредственно в поле у места залегания породы.

Основные сведения по петрографии, которые необходимы для макроскопического определения и описания горных пород, и составляют содержание отдела «Петрография».

РОЛЬ РУССКИХ И СОВЕТСКИХ УЧЕНЫХ В РАЗВИТИИ ПЕТРОГРАФИИ

В развитии петрографии СССР — да и вообще петрографической науки — большую роль сыграли работы многих русских и советских ученых.

А. П. Карпинский и А. А. Иностранцев первые в России применили поляризационный микроскоп для изучения горных пород. Работы Е. С. Федорова, давшие науке непревзойденный до сего времени и носящий его ими метод оптического исследования кристаллов, создали эпоху в развитии петрографии всего мира. Предложенный Е. С. Федоровым в 1892 ГОДУ «теодолитный метод», проводимый при помощи изобретенного им «столика Федорова», позволил с исчерпывающей точностью определять состав породообразующих минералов, особенно плагиоклазов. Этот же прибор используется для так называемого петротектонического анализа, позволяющего решать ряд тектонических вопросов на основании изучения пространственной ориентировки минералов, слагающих ту или иную породу, подвергшуюся тектоническому воздействию.

Работы Л. П. Заварицкого и II. Высоцкого дали образцы петрографического исследования областей, важных в практическом отношении.

Ф. Ю. Левинсон-Лессинг, Д. С. Белянкин и их школа положили прочную основу физико-химическому и генетическому направлению в петрографии.

Петрография осадочных пород в значительной степени развилась трудами русских и советских ученых.

Труды Л. Д. Архангельского, В. П. Батурина, Н. М. Страхова, М. С. Швецова, А. В. Казакова, Л. В. Пустовалова и др. подняли петрографию осадочных пород на ее современный уровень; замечательные успехи изучения осадочных пород самого разнообразного типа связаны с этими именами.

Солевыми осадками успешно занимался Н. С. Курнаков; его работы развиваются рядом его учеников.

По своему происхождению горные породы разделяются на три большие группы:

I. Магматические породы, образовавшиеся из расплавленной магмы путем застывания ее на некоторой глубине (породы глубинные или интрузивные), или же при излиянии ее на поверхность в виде лавы (породы излившиеся или эффузивные).

II. Породы осадочные, представляющие по большей части продукты разрушения ранее существовавших горных пород (изверженных, осадочных или метаморфических), отложившиеся в водных бассейнах или на поверхности суши; в эту же группу входят осадочные породы, образовавшиеся из продуктов жизнедеятельности организмов.

III. Породы метаморфические, представляющие глубоко преобразованные осадочные или магматические горные породы.

Как известно из геологии, первичными горными породами являются породы магматические, остальные две группы пород образовались из первичных путем их последующих разнообразных изменений, за исключением органогенных пород, связанных с живым веществом.

В земной коре магматические породы играют преобладающую роль.

Литологичеекий состав земной коры (до глубины 16 км) выражается следующими данными (%):

Магматические горные породы…………. 95

Глинистые сланцы (и глины)………….. 4

Песчаники (и пески)……………. 0,75

Известняки…………….. 0,25

Как видно из таблицы, на все осадочные и метаморфические породы приходится только 5%, причем среди них наиболее распространенными являются цементированные (уплотненные) осадки глинистые сланцы и песчаники, составляющие в сумме 1,76%. Все прочие осадочные породы (кроме известняков) имеют в количественном отношении совершенно второстепенное значение.

МАГМАТИЧЕСКИЕ ГОРНЫЕ ПОРОДЫ

а) ОБЩИЕ СВОЙСТВА МАГМАТИЧЕСКИХ ПОРОД

Магматические породы образовались благодаря затвердеванию расплавленной силикатной массы — магмы, которая поднялась из глубины в более высокие горизонты земной коры.

Рис. 111. Порфировая структура (порфирит)

Магма может излиться на поверхность земли в виде лавы и образовывать так называемые излившиеся (эффузивные) породы; они распространяются по поверхности земли в зависимости от текучести лавы. Магма всегда содержит раскаленные газы и пары перегретой воды, которые при этом вырываются в атмосферу и увлекают за собой как тонко распыленные частицы магмы в виде вулканического пепла и песка, так и более крупные куски застывшей магмы — лапилли и вулканические бомбы.

Все эти явления наблюдаются и в настоящее время при извержении вулканов. Рыхлые продукты извережения, накопляясь на склонах вулканов или оседая в водоемах, образуют слои вулканических туфов, обычно чередующиеся с потоками застывшей лавы.

Рис. 112. Офитовая структура (диабаз)

В других случаях магма не достигает поверхности земли и застывает на некоторой глубине, под покровом часто довольно мощных слоев более древних пород, образуя породы глубинные. При этом остывание магматической массы идет медленно и равномерно, раскаленные газы и пары нередко принимают деятельное участие в процессах минералообразования и постепенно проникают в окружающие породы вызывая в них явления контактового метаморфизма.

Магма, поднимающаяся из глубин и изливающаяся на поверхность земли, по большей части содержит уже ранее образовавшиеся кристаллы, которые при остывании ее образуют вкрапленники, иногда оплавленные и корродированные (изъеденные), среди сравнительно быстро остывшей основной скрытокристаллической или стекловатой массы, благодаря чему получается порфировая (рис. 111), характерная только для пород излившихся, а иногда и офитовая (рис. 112)структура. В некоторых случаях излившиеся породы обладают стекловатой стуктурой, которая особенно типично выражена у обсидиана (рис. 113).

Рис. 113. Обсидиан

Если же охлаждение магмы происходит на некоторой глубине под покровом более древних пород при мало изменяющихся физических условиях, оно идет медленно и равномерно; происходит спокойная кристаллизация ряда минералов, выделяющихся в строгой последовательности, следуя законам физической химии. Все породообразующие минералы выделяются в виде более или менее крупных кристаллов или зерен.

Таким образом, возникает зернистая структура, характерная для пород глубинных (интрузивных), например для гранита (рис. 114).

По форме залегания (рис. 115) среди окружающих пород глубинные породы также отличаются от излившихся.

Иногда они образуют крупных размеров массы, в поперечном разрезе круглые или эллиптические, называемые штоками (рис. 116), которые как бы прорезывают соприкасающиеся с ними горные породы поперек их слоистости (так называемое несогласное

залегание). В других случаях магма, прорываясь через слоистые горные породы, приподнимает их и, заполняя получающиеся при этом полости, образует лакколиты (рис. 116, 117 и 118)— крупные массы, напоминающие по виду каравай хлеба. В СНГ лакколиты известны в Крыму (гора Аю-Даг близ Гурзуфа, мыс Плака и др.) и на Северном Кавказе в окрестностях Пятигорска (горы Бештау, Развалка, Железная и др.).

Наука геология: определение, значение и объект изучения

Что такое геология?

Геология это естественная наука, изучающая Землю, материалы из которых она состоит, структуры этих материалов и процессов, действующих на них. Она включает в себя также и изучение организмов, населявших нашу планету. Важной частью геологии является изучение того, как земные материалы, структуры, процессы и организмы менялись с течением времени.

Что делают геологи?

Если обобщить, то геологи решают следующие задачи:

• прогнозирование поведения систем Земли и вселенной;
• поиск запасов природных ресурсов, таких как грунтовые воды, нефть и металлы;
• сохранение почв и поддержание продуктивности сельского хозяйств;
• разработка природных ресурсов способами, которые не вредят окружающей среде;
• поддержание качества водоснабжения;
• сокращение потерь и утрат имущества в результате стихийных бедствий, таких как извержения вулканов, землетрясения, наводнения, оползни, ураганы и цунами;
• создание системы геологического контроля над природной средой и прогнозирование воздействия на нее деятельности человека;
• определение баланса между потребностью общества в природных ресурсах и необходимостью поддержания здоровых экосистем;
• понимание глобальных климатических моделей.

Чем занимаются геологи?

Что изучает геология?

Геология — наука, которая изучает твердую Землю, окаменелости и горные породы, из которых она состоит, а также все процессы, влияющие на ее формирование и изменения с течением времени. Но геология не ограничивается лишь Землей — анализ горных пород других планет, спутников или иных небесных тел также входит в ее компетенцию.

На современном этапе развития геология охватывает многие географические науки — гидрологию, метеорологию, климатологию и другие — поэтому она считается одной из основных дисциплин, изучающих планету.

Геология пытается познать то, что находится на поверхности Земли, но еще и то, что скрыто под ней, а также все процессы, влияющие на эту сложную систему. Наука разрабатывает методы, с помощью которых можно определять возраст найденных пород и их историю. Комбинируя эти инструменты, геологи могут вести хронологию геологической истории Земли в целом, а также определять возраст нашей планеты и все глобальные изменения, которые в нем происходили.

Что изучает геология?

Благодаря геологии нам известны основные движения тектонических плит, происходивших в процессе эволюции планеты, основные ступени развития жизни и прошлые климатические зоны, царившие на Земле.

Геологи используют широкий спектр методов для понимания структуры и эволюции планеты, включая:

• полевые работы;
• описание пород;
• геофизические методы;
• химический анализ;
• физические эксперименты;
• математическое моделирование.

С практической точки зрения геология важна для разведки и эксплуатации минеральных и углеводородных ресурсов, оценки водных ресурсов, понимания природных опасностей, устранения экологических проблем и предоставления информации о прошлых изменениях климата. Геология является основной академической дисциплиной.

Минералогия

Что такое минералы?

Минералы

Минерал — это твердое химическое соединение, которое можно встретить в природе в чистом виде. Минералы часто ассоциируются у людей с горными породами, так как последние состоят из первых. Породы в свою очередь могут состоять из одного или нескольких минералов. Соединения же, которые встречаются только в живых организмах, к минералам не относятся, хотя есть ряд исключений. Так, если говорить, к примеру, о минералах, которые являются биогенными (кальцит) или органическими (меллит), то они относятся к минералам. Еще стоит учитывать, что живые организмы зачастую сами производят неорганические материалы, которые зачастую присутствуют в породах.

Минерал должен отвечать пяти требованиям:

1. должен встречаться в природе;
2. быть неорганическим;
3. быть твердым веществом;
4. иметь определенный химический состав;
5. Иметь упорядоченную внутреннюю структуру.

В геологии и минералогии термин «минерал» обычно используется отношении минеральных частиц: кристаллических соединений с довольно четко определенным химическим составом и определенной кристаллической структурой.

Минералы без определенной кристаллической структуры, такие как опал или обсидиан, правильно называются минералоидами, то есть минералоподобными веществами. Если химическое соединение может встречаться в природе с различными кристаллическими структурами, каждая структура считается различным минеральным видом. Так, например, кварц и стишовит — это два разных минерала, состоящих из одного и того же соединения — диоксида кремния.

Горные породы

Горная порода

Горная порода — это природная совокупность минералов и минералоподобных веществ, называемых минералоидами. Когда материал затвердевает или кристаллизуется из лавы или магмы — это магматическая порода. Далее магматическая может стать осадочной, благодаря действию ветра и разрушению. На последней ступени порода под воздействием тепла и давления изменяет свое минеральное содержание и становится метаморфической. Но круг с третьей ступени может пойти заново, если камень начнет еще раз таять.

Большая часть исследований в области геологии связана с изучением горных пород, потому что именно они несут в себе всю историю Земли.

Типы горных пород

Существует три главных типа:

1. магматические;
2. осадочные;
3. метаморфические.

Каждая порода в свою очередь имеет в своей структуре определенные минералы. Каждый минерал имеет определенные физические свойства, и существует множество тестов для определения каждого из них.

Образцы могут быть проверены на:

• сияние: качество света, отраженного от поверхности минерала;
• цвет: в основном каждый минерал имеет характерный цвет, на который ориентируются при диагностике, но примеси могут изменить внешний вид вещества;
• прожилки: выполняется царапанием образца на фарфоровой тарелке. Цвет полосы может помочь назвать минерал;
• твердость: устойчивость минерала к царапинам;
• схема разрушения: у минерала может быть трещина или расщепление, причем первый вариант — это разрыв неровных поверхностей, а второй — разрыв вдоль близко расположенных параллельных плоскостей;
• удельный вес: вес определенного объема минерала;
• шипение: требуется закапывать соляную кислоту в минерал, чтобы проверить на шипение;
• магнетизм: использование магнита для проверки на магнетизм;
• вкус: минералы могут иметь отличительный вкус, например, галит на вкус как поваренная соль;
• запах: у минералов может быть характерный запах. Например, сера пахнет тухлыми яйцами;

Окаменелости

Окаменелость

Окаменелость это результат процесса окаменения органического материала. Это окаменение вызвано процессом перминерализации и диагенеза. В результате органический материал со временем заменяется минералами. Хорошим примером окаменения является окаменелое дерево. При перминерализации исходная клеточная структура становится окаменелостью, при диагенезе клеточная структура тела теряется.

Любой организм, начиная от бактерий, заканчивая позвоночным, может стать окаменелостью. Благодаря такому явлению, геологи могут получить яркие свидетельства прошлой жизни на нашей планете. На основе раскопок и обнаруженных ископаемых, ученые смогли изучить формирование жизни на миллионы лет назад.

Рельеф

Рельеф

Рельеф это особенность земной поверхности, которая является частью местности. Горы, холмы, плато и равнины — это четыре основные формы рельефа. Незначительные же типы включают в себя долины, каньоны, долины и бассейны.

Движение тектонических плит под Землей может влиять и создавать новые формы рельефа местности, поднимая горы и создавая холмы. Эрозия, вызванная водой и ветром, может изнашивать землю и создавать такие рельефы, как долины и каньоны. Оба процесса происходят в течение длительного периода времени, иногда такие явления могут занимать миллионы лет.

Фактически, реке Колорадо потребовалось 6 миллионов лет, чтобы создать Большой Каньон в американском штате Аризона. Длина Большого каньона составляет 446 километров.

Самым высоким рельефом на Земле является гора: гора Эверест, которая находится в Непале. Она имеет высоту 8 850 метров над уровнем моря. Это часть Гималаев, которые находятся на территории несколько стран Азии.

Рельеф также проявляется и под водой в виде горных цепей и бассейнов на морском дне. Марианская впадина, самая глубокая форма рельфа на Земле, она находится в южной части Тихого океана.

Геологические процессы

Геологические процессы

Геологические процессы — это динамические процессы, воздействующие на формы рельефа и в целом на поверхность Земли. Основными геологическими процессами являются:

• выветривание;
• эрозия;
• тектоника плит.

Эти процессы могут в некоторых случаях быть разрушительными, а в других — конструктивными.

Эрозия

Эрозия в каньоне Антилоп, юго-запад США

Эрозия представляет из себя естественный процесс, который чаще всего происходит из-за того, что в одном месте горные породы и почва отслоились и переместились в другое. Такое явление может изнашивать и уничтожать горы, заполнять равнины, создавать и стирать с лица Земли реки. Но подобные процессы происходят в течение многих тысяч лет. Хотя стоит отметить, что эрозия может быть ускорена деятельностью человека, который своим действиями — земледелием или добычей полезных ископаемых — негативно влияет на окружающую среду.

Выветривание

«Арка» в штате Юта (США), пример механического выветривания

Выветривание — это процесс, который уничтожает существующий рельеф земли за счет влияния ветра и воды. Последствия выветривания приводят к разрушения верхних слоев горных пород. Некоторые из этих процессов являются механическими, например — расширение и сжатие, вызванные внезапными большими изменениями температуры, растягивающей силой замерзания воды в трещинах, расщеплением, вызванным корнями растений, и воздействием проточной воды. Так, дороги требуют постоянной починки осенью и весной, так как попавшая внутрь вода может просто разрушать асфальт — то же происходит и с горами.

Тектоника плит

Тектоника плит

Тектоника плит — это одна из теорий ученых относительно формы земного рельефа. Специалисты предполагают, что поверхность Земли состоит из 12 подвижных пластин. Некоторые из этих плит не соответствуют континентальным границам, а некоторые включают как территории континентов, так и океанов. Все они разных форм и размеров и находятся в постоянном движение и перемещаются от 1,3 до 10 сантиметров в год. Тектоническая активность происходит у границ плит, где они сталкиваются друг с другом, тем самым порождая землетрясения или создавая горы и холмы.

Существуют различные геологические процессы, которые являются крайне опасными для населения земли:

• извержения вулканов;
• цунами;
• изменения климата;
• наводнения;
• космические воздействия и тд.

Если же изучать такие явления и понять их природу, то можно защитить множество людей.

Геологическая история Земли

Геологическая история Земли

Геологическая история Земли — это эволюция континентов, океанов, атмосферы и биосферы. Слои горных пород на поверхности Земли содержат свидетельства эволюционных процессов, которые претерпевают эти компоненты земной среды. И отголоски каждого геологического процесса остаются храниться в безмерном хранилище информации — горных породах, которые словно учебник открыты для прочтения и подарят знания тому, кто сможет их прочесть. Благодаря усердию геологов, мы имеем довольно детальное представление об истории нашей родной планеты на миллионы лет назад.

Роль геологии

Как и любая другая наука, геология создана, чтобы делать новые открытия и узнавать намного больше об окружающем нас мире. Эта дисциплина рассматривает наиболее важные проблемы современного человечества — в том числе и поиски новых источников энергии, ее рациональное использование, изменение климата, опасные природные явления, влияние человека на окружающую среду, изменения окружающей среды на человека, управление водными и минеральными ресурсами.

Изучая эти вопросы, геологи вместе с другими учеными могут предвидеть будущее Земли и изучать любые изменения, которые могут произойти. Ключевым примером является анализ изменения климата и того, как общество должно измениться, чтобы улучшить будущее Земли. Переходя от ископаемого топлива к геотермальной энергии и другим возобновляемым источникам, мы можем сократить выбросы углерода и сильно уменьшить последствия глобального потепления.

Интересное видео о геологии

Поделиться: