Горные породы и минералы и чем они полезны для человека

Горные породы окружают нас повсюду. Это и песок в песочнице, и стены дома, и декоративные изделия. Вообразить существование нашей цивилизации без них сложно.

Что такое горная порода

Горные породы – это массы из одного либо нескольких видов минеральных компонентов, органического вещества. Они сформированы природными процессами и слагают земную кору.

В широком смысле к горным породам причисляют также воду, жидкие углеводороды и газы.

Это предмет изучения нескольких наук: литологии, петрографии, петрофизики, геохимии, геодинамики.

Термин «горная порода» ввел в научный оборот в 1798 году русский химик и минералог Василий Севергин.

Разновидности

Наиболее популярна классификация минерального сырья по происхождению. Выделяют четыре класса горных пород.

Магматические

Формируются в результате остывания магмы. Состав и свойства зависят от температуры, давления, глубины извержения, минерального и химического состава расплава.

Магматические горные породы

Магматические горные породы подразделяются на интрузивные и эффузивные:

• Интрузивные. Формируются на глубине при замедленном остывании расплава.
• Эффузивные. Застывают при выходе магмы на поверхность.

Разновидность интрузивных – гипабиссальные породы. Они образуются на меньшей глубине. Отличить от интрузивных позволяет неравномерно-зернистая текстура.

Магматическое сырье классифицируется как первичное.

Представители группы: базальт, гранит (и его разновидность пегматит), лабрадорит, габбро.

Базальт

Осадочные

Осадочные горные породы формируются на поверхности или очень малой глубине при низкой температуре и давлении.

Осадочные породы

Это результат нескольких процессов:

1. Переформирование фрагментов более древних руд, в результате чего получаются обломочные породы.
2. Концентрация продуктов жизнедеятельности биологических организмов.
3. Осаждение из воды химических элементов и соединений.

Осадочный материал считается вторичным. Его отличает слоистость и залегание пластами.

Представители: торф, мел, кальцит, доломит, уголь, соль, гипс.

Применение гипса

Метаморфические

Метаморфические, то есть измененные, руды создаются, когда осадочные и магматические изменяются под воздействием окружающей среды.

Если температура заставляет породу плавиться, говорят об ультраметаморфизме. Такой процесс уравнивает метаморфические горные породы с магматическими.

Представители: мрамор, кварцит, гнейс, глинистый сланец.

Сланец в интерьере

Метасоматические

Метасоматические горные породы – итог взаимодействия с жидкостями. Вода, расплавы карбонатов, силикатов, других соединений проходят сквозь рудную толщу. Материнская руда остается твердой, но, насыщаясь, меняет химический состав.

Их легко отличить по зональности, создаваемой потоком. При этом каждая зона выглядит по-своему.

Представители: вторичные кварциты, березиты, гумбеиты, скарны, альбититы.

Скарн дальнегорский

90% объема земной коры – это магматические, метасоматические и метаморфические горные породы. Однако осадочные (10% объема) охватывают три четверти поверхности планеты.

Возраст

Ученые и геологи определяют возраст горных минералов по двум шкалам.

Относительный

Возраст горных пород определяется относительно друг друга: какая моложе, какая старше.

Это выясняют стратиграфическим или палеонтологическим методами:

• Стратиграфический метод предусматривает изучение взаимного расположения слоев. Но только если за миллионы лет движения из-за тектонических процессов не наблюдалось. То есть разрушения слоев не было, их последовательность сохранилась. В этом случае чем выше слой, тем моложе порода. В самых верхних слоях она самая молодая.
• Маркер палеонтологического метода – ископаемые органические остатки. Установлено, что слои-ровесники содержат остатки одних и тех же видов растений или животных.

Оба метода берут за основу расположение слоев породы в земной коре.

Абсолютный

Точный возраст залежей выясняют по состоянию радиоактивных элементов в составе.

Степень распада радиоактивных элементов известна точно, у него постоянная скорость, на которую не влияют внешние катаклизмы. Это позволяет установить возраст горной породы с точностью до сотен лет.

Обычно используются уран-235 или 238, торий-232, углерод-14.

Выбор изотопа зависит от предполагаемого возраста породы:

• Для материала моложе 50 тыс. лет (например, торфа) это изотоп углерода.
• Изотопы урана, свинца, тория, калия, самария годятся для пород старше 3,5 млрд. лет.
• Рубидий-стронциевый, уран-свинцовый материал применим к образцам возраста от ста млн. до пяти млрд. лет.

Для определения возраста рассчитывают отношение массы вновь образованного элемента к массе используемого радиоактивного изотопа.

Месторождения

Горные породы – основа земной коры, почти все их месторождения имеют промышленное значение.

Их классифицируют по нескольким признакам:

• Вид сырья. Рудные, нерудные, горючие (углеводороды, сланцы, угли, торф), гидроминеральные (вода).
• Геологическое строение. Простые, сложные, особо сложные. За основу взято состояние слоев, равномерность залегания.
• Глубина залегания. В зависимости от нее сырье добывают открытым (карьер) или закрытым (шахта) способом.

Объемы добычи измеряются миллионами тонн, цена почти всегда устанавливается также за тонну. Исключение – радиоактивные, декоративные материалы. Например, каррарский мрамор.

Свойства и характеристики

Каждая горная порода наделена характеристиками и свойствами, которые создают ее уникальное описание. Среди основных – структура и текстура.

Структура создается зернистостью (форма и габариты зерен), кристалличностью, соотношением компонентов:

• У магматических учитывается степень кристалличности.
• Для осадочного материала актуальна форма кристаллов.
• Метаморфические агломераты классифицируют по размеру зерен.
• Метасоматические образования наделены гранобластовой структурой.

Текстура – это взаимное расположение и распределение компонентов в объеме:

• У магматических бывает однородной либо неоднородной.
• У осадочных различают характер поверхности и межслоевой.
• Метаморфические горные образования представлены пятнистой, полосчатой, сланцевой, плойчатой, другими текстурами.
• У метасоматических горных пород она наследуется от исходных компонентов или создается в виде ритмичных слоев.

Текстура отражает слоистость, пористость, массивность, цвета, оттенки породы.

Сферы применения

В отличие от драгоценных минералов, горные породы имеют, в первую очередь, утилитарное, прикладное значение. Но могут приносить и эстетическое наслаждение.

Хозяйственный комплекс

Промышленность, другие отрасли используют горные породы всех видов:

• Из руд извлекают металлы, включая редкоземельные и ценные. Например, габбро – источник железа, титана, ванадия, никеля, меди, серы. Пироксениты насыщены железом и платиной.
• Гранитом, мрамором, базальтами, порфирами декорируют здания и интерьеры премиум-уровня. Из кирпича, бетона возводят частные дома, общественные здания.

  Мраморный дворец в Санкт-Петербурге

• Щебнем, бетоном, битумом выкладывают дороги, автотрассы, тротуары.
• Уголь, торф, радиоактивное сырье – источник энергии. Его забирают тепло-, гидро-, атомные станции. Углем топят печи в населенных пунктах, куда не добрался газ.
• Из песка, песчаников изготавливают стекло, силикатный кирпич. Их добавляют в бетон, смесь для покрытия автомобильного или железнодорожного полотна.
• Доломит используется при производстве изделий из резины, фарфора, фаянса.

  Кристалл доломита

• Известняк – исходник для получения химического ассортимента: соляной, уксусной кислоты, ацетилена, каустической соды, карбида кальция, цемента.
• Из глины получают черепицу, посуду, кирпичи, фарфоро-фаянсовые изделия. Специальной разновидностью очищают жиры, масла, соки. Ее ценят косметологи и врачи.
• Это полезная составляющая сельхозудобрений.

Без горных минералов не обходится пищевая, химическая отрасль, машино-, приборостроение.

Нашли применение даже алмазы. Рядовое сырье служит абразивом, элитный горный минерал превращается в бриллиант.

Его разновидность графит становится стержнями в карандашах и ядерных реакторах.

Применение графита

Другие сферы

Достоянием истории стала античная скульптура из мрамора, греческий Парфенон, средневековые храмы.

Современными мастерами-камнерезами востребованы гранит, мрамор, яшмы, эстетические разновидности другого сырья. Из них изготавливают статуи, канделябры, настольные приборы, резные каминные полки, другие подобные изделия. А также эзотерический ассортимент, раскупаемый адептами эзотерики, магами, целителями.

Столешницы из мрамора

Собиратели минералогических коллекций не упустят возможности приобрести даже рядовой экземпляр для полноты ассортимента.

Зачем нужно изучать свойства пород

Выявление свойств горных пород имеет практическое значение:

• Малая пористость делает агломерат прочнее, плотнее. Он меньше уязвим перед влагой, но хуже проводит тепло, ток. Аналогична ситуация с зернистостью.
• От упругости зависят акустические параметры.
• Магнитные, электрические характеристики влияют на электромагнитные свойства.

При разработке месторождения учитывают объемы залежей плюс характер сырья: твердость, плотность, цельность, степень выветривания. Исходя из этого, подбирают технику, определяют количество, состав бригады, время на выполнение работ.

Точные физико-технические характеристики породы помогают разработать оптимальную технологию их использования.

Для строителей имеет значение массивность, прочность, истираемость породы. У декораторов в приоритете красота и возможность обработки.

Геология – совокупность наук, изучающих историю образования нашей планеты, ее недра и доступную для исследования оболочку. Геология особое значение уделяет детальному исследованию минералов и горных пород.

В этой статье мы коснемся основ геологии, популярной терминологии, классификации пород применяющейся в области природного отделочного камня.

Итак, начнем с азов: минералы и горные породы. Это принципиально разные термины, которые не следует путать.

Разнообразие горных пород и минералов

Земная кора состоит из разнообразных горных пород и минералов. Со многими из них мы часто встречаемся в повседневной жизни: поваренная соль, графит, тальк, пемза, мрамор и многие другие. Горные породы и минералы имеют разный состав, внешний вид, цвет.

Минералы

Природное тело, обладающее определенным химическим составом и кристаллической структурой. Грубо говоря, минерал – это однородное по химическому составу твердое вещество, хотя внешне оно может быть неоднородным, с незначительным содержанием примесей и прослоек.

Минерал может иметь несколько минеральных видов, отличных небольшими колебаниями химического состава. К примеру, кварц встречается в разных видах с характерными оттенками: белый кварц, сиреневый аметист, прозрачный горный хрусталь, желтый цитрин, темный дымчатый кварц.

Интересный факт: к минералам относят и самородную ртуть, которая способна приобретать четкую кристаллическую решетку при замерзании. А вот вода признана не минералом, а раствором минерала «лед»!

В нашем каталоге минералы представлены в элитной отделочной коллекции: полудрагоценные минералы — аметист, содалит, малахит и агат; а также часто встречающийся в земной коре – кварц.

Существует множество классификаций минералов.

Мы остановимся на той, что основана на распространенности в толщах горных пород:

• Породообразующие – самые распространенные, слагают основную массу горной породы (кварц, полевые шпаты, кальцит, плагиоклазы);
• Акцессорные – минералы, часто встречающиеся в горных породах в виде небольших включений (к примеру, гранат, слюды);
• Рудные минералы (самородные металлы, а также сульфиды и окислы металлов). Рудные минералы обладают металлическим блеском, отчего довольно легко различимы в породах. Часто используются как источник выплавки руды.
• Редкие минералы – единичные минеральные агрегаты. Большинство недавно открытых минералов являются крайне редкими.

Горные породы

Природное образование, возникшее в недрах или на поверхности земли, сложенное несколькими минеральными видами. Т.е. это полиминеральное природное образование. Минералы, входящие в состав породы, а также ее залегание зависят обусловлены геологическими условиями генезиса.

Именно условия образования пород лежат в основе их главной классификации. Итак, 3 группы горных пород:

Магматические породы

Образуются за счет остывания раскаленной магмы – это может происходить на поверхности земли и дне океана (базальты) или же в недрах на различной глубине (граниты). Для магматических пород характерна высокая устойчивость, отчасти объяснимая условиями их образования – при сверхвысоких температурах и давлении. В составе этих пород преобладает кремнезем (кварц), плагиоклазы, полевые шпаты, слюда, реже – рудные минералы.

Граниты, базальты и родственные им породы широко применяются во всех областях отделки: строительстве, архитектуре, ландшафтном благоустройстве. Для магматических пород характерен широкий диапазон цветов и текстур: от однородных бежевых, серых и черных до ярких оттенков красной, желтой, синей гаммы. Как правило, сложный витиеватый рисунок присущ магматическим породам, прошедшим также через сильные метаморфические изменения. Такие породы относятся и ко второй группе:

Метаморфические породы

Это магматические или осадочные породы, которые в толще земли подвергались сильным изменениям за счет высоких температур и давлений, подвижек земной коры, а также при воздействии на них инородных растворов. В этих обстоятельствах порода меняет минеральный состав, плотность, степень кристалличности и другие физико-химические характеристики.

К метаморфическим породам относят кварцит, сланцы, многие разновидности гранитных пород, скарны и амфиболиты. Применение этих пород не ограничено: практически любая интерьерная и экстерьерная отделка, изготовление изделий.

Осадочные породы

Породы, которые образуются в процессе изменения континентальных или морских отложений в самых верхних слоях земной коры. Осадочные горные породы образуются за счет выветривания и разрушения магматических или метаморфических пород; при разрушении и минеральном замещении останков организмов (раковин, моллюсков); в процессе преобразования материнской породы в глинистое вещество.

Области применения минералов

Минералы применяются в различных сферах человеческой деятельности. Область применения зависит от состава и других характеристик. Многие экземпляры используют в чистом виде, из некоторых выделяют другие химические элементы.

Сферы применения минералов:

• Ювелирное дело. Ювелиры подразделяют ископаемые на поделочные, ювелирно-поделочные, ювелирные, драгоценные и полудрагоценные. Из камней делают различные украшения и сувениры. Ими украшают предметы быта. Для получения необходимых экземпляров минералы подвергают огранке. На фото представлены ограненные камни.
• Строительство. Породы могут быть самостоятельным строительным и облицовочным материалом или служить для их производства.
• Изготовление абразивных и антиабразивных материалов.
• Радиоэлектронная промышленность. Особую популярность в этой сфере имеют кварцевые породы.
• Производство посуды и керамических изделий.
• Медицинская промышленность. Например, тальк применяют при изготовлении перчаток.
• Производство оптики.
• Химическая и металлургическая промышленность. В этих сферах чаще всего используют вещества, полученные при переработке природных минералов.

Список самых распространенных горных пород, используемых человеком

Горные породы в зависимости от состава, способа образования, химических характеристик и структуры делят на классы и группы, в которые входят отдельные минералы. Описать все горные породы сложно. В некоторые классы входят от нескольких десятков до сотни различных элементов.

В таблице приведен список наиболее популярных и распространенных природных ископаемых.