Какие полезные ископаемые есть в гранитах
Слово «гранит» происходит от латинского «granum» и означает «зерно». Это действительно крупнозернистый минерал с размером зерен вплоть до 1 см, что намного больше чем у того же мрамора. Эта порода является основным компонентом земной континентальной коры, многие горы состоят из этого камня. Например, альпийский Монблан – один из известнейших гранитных пиков. Геологи называют этот камень «визитной карточкой Земли», хотя существуют косвенные признаки присутствия гранита на Венере.
Что такое гранит
Это магматическая плутоническая порода, на 60-65% состоящая из полевого шпата (класс силикатов) и на 25-35% – из кварца. Именно кварц образует в камне неправильные изометричные зерна, сросшиеся с зернами полевого шпата. В граните также присутствует небольшое количество слюды (биотита или мусковита). Химический состав минерала характеризуется повышенным содержанием щелочей и небольшим процентным составом железа и магния.
Цвет гранита варьируется от белого и розового до практически красного, и зависит от пропорций минералов в составе. Например, если в камне присутствует большое количество калиевого полевого шпата, камень имеет розовый оттенок, если при этом присутствует оксид железа, материал приобретает насыщенный красный цвет.
Происхождение гранита
Среди петрологов и геологов нет однозначного мнения о происхождении гранита. В 18-19 веках считалось, что граниты образовались путем осаждения кристаллов на дне океана, но позже концепция уступила место плутонической модели, подразумевающей образование пород на глубинах более 3 км при литостатическом давлении выше 1 кбар.
Сегодня очевидно, что минерал имеет гетерогенную природу, то есть образуется двумя путями: в процессе кристаллизации природного расплава магмы при его переходе в твердое состояние (остывания) и в результате метаморфизма – изменения магматических горных пород под воздействием высокой температуры и давления. Многие специалисты утверждают, что образование гранита вовсе невозможно без процесса метаморфизма.
Граниты залегают в верхней части земной коры и не присутствуют на дне океанов. Самые молодые минералы датируются возрастом 1-2 млн. лет, самые древние – 3,8 млрд. лет. Первоначально гранитные породы не выходили на поверхность, но сегодня граниты обнажены благодаря подъему пород кровли.
Свойства гранита
- Долговечность. Гранит известен как «вечный» камень. Действительно, мелкозернистые породы проявляют первые признаки износа и разрушения только через 500 лет. Гранитный саркофаг в Великой пирамиде в Гизе (построена примерно 4500 лет назад) практически не изменился со временем.
- Высокая прочность. Эта характеристика также зависит от величины зерен. Породы с мелкозернистым строением имеют предел прочности на сжатие порядка 300 МПа. По этому параметру гранит значительно превосходит другие материалы. Например, прочность на сжатие бетона самого высокого класса В30 составляет всего 39,29 МПа, клинкерного кирпича М1000 – 100 МПа. Если говорить простым языком, то камень выдерживает давление порядка 2200 кг на см². Прочность на растяжение невысока и составляет всего 3% от прочности на сжатие. При нарушении технологии добычи в камне могут образовываться тонкие трещины, которые практически не влияют на прочность на сжатие, но снижают прочность на растяжение.
- Высокая устойчивость к воздействию кислот и в целом природных явлений. Камень выдерживает порядка 300 циклов заморозки-оттаивания, что делает его одним из лучших материалов для наружной отделки.
- Средняя огнестойкость. В результате полиморфных превращений кварца гранит растрескивается при температурах выше 600°C. Прямого контакта с огнем камень не выдерживает, но все же он подходит для обустройства каминов (также как и мрамор), поскольку температура их внешней облицовки редко превышает 120°C. Температура плавления гранита составляет в среднем 1200°C, но в присутствии воды этот параметр существенно ниже – порядка 650°C.
- Водонепроницаемость. Коэффициент водопоглощения минерала равен 0,05–0,17%, что сравнимо с мрамором. Этот камень практически не впитывает влагу, что делает его идеальным для строительства фонтанов, набережных, бассейнов. Косвенно этот параметр влияет и на морозостойкость. Низкое водопоглощение является следствием низкой пористости материала. У гранитов поры занимают не более 1,5% от общего объема.
Экологичность гранита – камень преткновения, как среди поставщиков, так и покупателей. Как правило, этот минерал неопасен для здоровья человека. Уровень излучения большинства видов гранита не превышает 0,05 мкЗв/час, тогда как на одного человека ежечасно приходится до 0,25 мкЗв/час – это средняя величина, состоящая из космического фона, наземных излучений и инкорпорированных излучений (полученных с водой и пищей).
Да, некоторые породы гранита используются для добычи урана, но в строительстве такой камень не применяется. Мифы о сильном радиационном фоне минерала – это именно мифы, не имеющие к реальности никакого отношения. Породы с действительно опасным радиационным фоном составляют не более 2-3% от общего добываемого объема. Подробнее о радиоактивности натурального гранита Вы можете прочитать тут.
Состав гранита. Минералы.
Гранитная порода – это всегда комбинация кварца и полевого шпата. Разница только в процентах содержания этих минералов. Если говорить только о химическом составе камня, то он состоит из кремнезема (72%), глинозема (14,4%), оксидов калия, натрия и кальция, которые суммарно занимают порядка 9%. Кроме этого, в граните присутствуют: жженая магнезия, железный сурик и двуокись титана.
Основным веществом, определяющим цвет камня, является полевой шпат: микроклин, ортоклаз и плагиоклаз. Кроме этого, в состав гранита входят кварц, слюда и амфиболы.
Как минералы влияют на цвет гранита:
- Черно-белый. Крапчатая порода – результат равных долей шпата, амфиболы и кварца.
- Белый. Чисто белого гранита в природе нет, под этим термином подразумевают светло-серые и желтоватые породы. Такие оттенки придают камню молочно-белый кварц и светлый полевой шпат.
- Красный. Это розовый гранит с обилием калиевого шпата. Красный оттенок материалу придает оксид железа.
- Серый. Слоистый камень с пятнистым рисунком, состоящий преимущественно из плагиоклазов.
Разновидности гранита
В зависимости от процентного содержания темноцветных минералов в составе гранита, он подразделяется на несколько разновидностей :
- аляскит – не содержащий темноцветных минералов и имеющий в своем составе значительное количество калиево-натриевого полевого шпата, а также биотита)
- роговообманковый и роговообманково-биотитовый с роговой обманкой вместо биотита или наряду с ним
- плагиогранит – содержащий преимущественно плагиоклаз. Полевой шпат калиево-натриевого типа присутствует в незначительном количестве. Цвет такого гранита – светло-серый
Помимо перечисленных разновидностей существуют еще:
- биотитовый
- двуслюдяной
- слюдяной
- гиперстеновый (чарнокит)
- авгитовый
- графитовый
- диопсидовый
- кордиеритовый
- малаколитовый
- пироксеновый
- энстатитовый
- эпидотовый
Гранит так же подразделяется и поструктурно-текстурным особенностям.
Различают следующие разновидности:
- порфировидный– порода содержит изометричные элементы (кварц, микроклин, ортоклаз), которые выделяются из общий массы своими размерами и могут достигать 10-15 см
- гранит рапакиви – «гнилой камень». Разновидность порфировидного гранита, содержащая розовые зерна полевого шпата, обросшие плагиоклазом светло-зеленого цвета и имеющие круглую форму. Данная особенность строения объясняет склонность материала к крошению.
Добыча гранита
Добыча гранита принципиально отличается от способов добычи других полезных ископаемых. Как и в случае с мрамором, здесь важно сохранить целостность блоков и предотвратить образование трещин, которые значительно снижают прочностные характеристики материала. Есть три основных метода добычи камня:
- Буровзрывной. Дешевый, кустарный и, по сути, «варварский» метод. В результате взрывов образуются блоки с высокой трещиноватостью и большим (часто до 30%) количеством отходов. В массиве породы бурятся шурфы, в которые закладывается промышленная взрывчатка. Один подрыв требует от 10 до 30 скважин и несколько тонн взрывчатого вещества. Спрогнозировать поведение массива породы при подрыве практически невозможно. После взрыва образовавшиеся глыбы сортируются и отправляются на распил.
- Откалывание воздушной подушкой. Участок выработки оконтуривается пробуренными отверстиями, в которые закачивается воздух под высоким давлением. В результате каменные глыбы отделяются от массива, причем в этом случае можно точно спрогнозировать область разлома. Методика не приводит к разрушению и крошению породы, не вызывает появление трещин в блоках. В итоге ресурс месторождения расходуется более рационально.
- Камнерезный. Для отделения блоков используется специальное оборудование с алмазными резаками. В результате добываются массивные (40-60 т) блоки правильной формы, которые извлекаются из участка выработки тяжелыми кранами. Метод получил широкое распространение в Европе.
Существуют альтернативные способы добычи гранита: буроклиновый, когда в камне пробуриваются скважины и в них закачивается жидкость, и метод «тихого взрыва», подразумевающий закачку в отверстия невзрывчатой расширяющейся смеси.
Использование гранита
- Строительство. Тяжеловесность и дороговизна камня не позволяют использовать его в массовом строительстве, но его все же используют для возведения отдельных жилых и общественных зданий.
- Облицовочные работы. Гранитом отделываются фасады зданий и помещения, напольные покрытия, лестницы и колонны. Высокая морозостойкость камня позволяет использовать его для декоративной внешней отделки. Минерал повсеместно применяется для создания брусчатки, отделки тротуаров, производства бордюров.
- Производство деталей интерьера. Полированный гранит подходит для создания столешниц, подоконников, ванных и раковин. Из него изготавливают малые архитектурные композиции.
- Засыпка дорог, производство бетона. Отходы камня, появляющиеся в результате буровзрывной добычи, используются как щебень для укладки дорог и изготовления бетонных конструкций.
- Производство. Порода с высоким содержанием калиевого полевого шпата используется в качестве флюса при изготовлении стекла и тонкой керамики.
- Изготовление брусчатки. Благодаря своей прочности и долговечности брусчатка из гранита пользуется популярностью уже многие века. Подробнее о брусчатке из гранита.
Наряду с мрамором, гранит – один из самых востребованных натуральных материалов в строительной и отделочной сфере. Из него получаются великолепные барельефы, памятники, пилястры и другие декоративные элементы. Благодаря низкому показателю истираемости этот минерал прекрасно подходит для обустройства полов в помещениях с высокой проходимостью.
Постройки из гранита веками сохраняют свой первоначальный вид. Достойным примером является величественное сооружение эпохи ренессанса, восьмое чудо света – испанский монастырь Эскориал. Для его строительства было использовано более миллиона тонн серого гранита.
Петербуржцам далеко за примером ходить не надо. Прогуливаясь по историческому центру города, можно обратить внимание на доминирующую роль гранита в архитектурных ансамблях. Многочисленные набережные, фасад и внутреннее убранство величественного Исаакиевского собора, знаменитые атланты, отделка станций метро, гранитные колонны внутри Казанского собора. Египетские сфинксы возле Академии Художеств, легендарный «гром-камень» в постаменте Медного всадника. Символ города – Александрийский столп, вес которого достигает 600 тонн, был вырублен вручную из цельного куска выборгского гранита. Интересно, что столп ничем не закреплен, он стоит благодаря собственному весу и идеально рассчитанной конструкции.
Гранит в интерьере
Гранитные породы нашли широкое применение во всех видах интерьерной отделки.
- декоративная облицовка гранитом: стен, пола, лестниц и каминов. Камень подойдет для любого помещения. Он стоек к влаге ванной или бассейна, к большинству бытовых загрязнений на кухне, он практически не истирается в условиях высокого трафика. Поэтому при отделке пола и лестниц в общественных заведениях (станции метро, вокзалы, торговые центры) мастера отдают предпочтение именно гранитам.
- создание функциональных изделий: столешниц, подоконников и каменной мебели.
- изготовление декоративных элементов: скульптурные композиции, вазоны, мозаика и панно.
Стоит ли говорить, что гранит – это горная порода, одно из самых главных полезных ископаемых, которое активно используется сейчас в мире. Строительство, ландшафтное оформление, искусство – он нашел свое место в огромных отраслях жизни человека. Он не имеет замены, но учитывая его мультифокальный набор элементов, какой минерал не входит в состав гранита, какие его свойства, какова история происхождения – все это можно узнать в нашей статье.
Краткая информация о граните
Гранит – это минерал, а точнее, комплексное образование, имеющее естественное происхождение, поэтому способы его добычи очень разнообразны. Он имеет много видов, окрасов, отличается даже за плотностью или составом, поэтому полный разбор вопроса, какие минералы входят в состав гранита, будет полезным для составления полного представления об этом материале.
Несмотря на то, что в быту он получил звание «минерал», из-за своего внешнего вида, правильнее будет считать его горной породой. Ученые доказали, что учитывая его состав, нужно вывести четкую классификацию по химическому составу и плотностным характеристикам. Он состоит из минералов однородной структуры, поэтому изначально это ввело многих ученых в заблуждение, и ввело в обиход немного ложное название.
Его распространение повсеместно, даже человек, который не связан с горным делом, знает, насколько разнообразно это сырье. Памятники, заборы, оградки, садовые дорожки – все они могут очень сильно отличаться, хотя сделаны из одной горной породы. В этом и заключается главная сложность – от наличия в нем того или иного минерала, внешний вид, качество и плотность будут очень отличаться.
Как появился гранит на Земле
Ученые провели очень много исследований. Для того, чтобы определить, каким образом образовалась эта горная порода, почему ее состав настолько разнообразен. Сейчас существует 2 естественных обоснования его образования:
- Магматический;
- Метаморфический.
Во время извержения вулканов большое количество сырья расплавлялось при высокой температуре, не только металлы подвергались ее воздействию. Соединения из углерода меняли кристаллическую структуру, что и стало причиной возникновения горной породы. Но они были не одинакового состава, поэтому при застывании, в граните были вкрапления разнообразных минералов в граните, которые напоминали зерна. Даже слово «granum», от которого в дальнейшем и произошло название горной породы, означает – зернистый.
В основе возникновения гранита лежит воздействие высоких температур на различные соединения углерода, но расплавленная магма – это не единственный источник тепла на Земле. Ученые описывают процесс гранитизации – когда при движении тектонических плит воздействие на их слои было настолько сильным, что приводило к изменению кристаллической решетки минералов и сплавляло их в один пласт. Интересно то, что при похожем механизме, возникают два абсолютно разных продукта, так сильно отличающихся между собой.
Существует мнение, что гранитные образования – это визитная карточка Земли и он не имеет аналогов на других планетах. Найденные образцы на Венере и Луне всего лишь косвенные, при этом их состав совершенно отличается.
Минеральный состав гранита
Эта горная порода не состоит из одного минерала, а ее разные представители могут отличаться даже по химической структуре. Какие минералы входят в состав – полевой шпат, слюда, кварц. Подобным набором элементов обладает и гнейс, но его плотность сильно уступает гранитным образованиям, что ограничивает его применение в строительстве.
Полевые шпаты
Это основная часть состава горной породы гранит, ведь шпат составляет больше 50% от всего сырья. Но даже она отличается по количеству составных частей, поэтому в зависимости от того, какой химический элемент преобладает в ископаемом минерале, его плотностные и цветовые свойства будут очень отличаться между собой. Даже в этой неметаллической породе иногда встречаются примеси металлов или их ионы.
Основной частью шпата является плагиоклаза, которая и составляет кристаллическую решетку всего камня. Она делится на несколько видов, в зависимости от химического состава или соотношения составных элементов. Чистым являются только альбит (NaAlSi₃O₈) и анортит (CaAl₂Si₂O₈). Остальные похожи на олигокласт, имеющий в составе CaAl₂Si₂O₈ и NaAlSi₃O₈, но соотношение этих веществ будет 3/7, в андезите 1/1, в лабрадоре 7/3, в битовните 9/1.
Они легче поддаются плавлению, что объясняет превалирование этих веществ. Помимо их, можно встретить и минералы с калием (KAlSi₃O₈). Они являются самыми красивыми, например, лунный камень, который используется для украшений. Также можно найти ортоклаз, микроклин, санидин. Их плотность тоже выше, чем у кальциевых шпатов, как и температура плавления.
Кварциты
Большое количество в составе горного ископаемого и кварца (SiO₂), но чаще он встречается в виде песков. Среднее содержание его в граните достигает 35%.
Также как шпатов, кварциты тоже делятся на несколько видов:
- псевдокубическая (кристобалит);
- гексагональная (тридимит);
- моноклинная сингония (коэсит);
- плотная октаэдрическая (стишовит).
Состав их одинаков, они отличаются по плотности. Образование кварцитов метаморфическое, для их получения нужно высокое давление. Самым редким из этих камней является стишовит. Его находят только в местах падения метеоритов, где достигается максимальное давление на породу.
В граните встречаются его смеси с другими веществами, но человеку известны и более чистые – аметист, кошачий глаз, оникс, гелиотроп, цитрин.
Слюда и ее разновидности
Меньше всего в гранитной породе находится слюды – до 10%. Но нельзя недооценивать ее роль в его образовании, ведь именно она обеспечивает его стойкость и плотность. В ее состав входит большое количество металлов, а молекулярная структура не решетчатая, а слоистая.
Основные виды слюды:
- мусковит KAl₂(AlSi₃O₁₀)(OH)₂;
- биотит KMg₃(AlSi₃O₁₀)(OH)₂.
Вместо магния иногда могут встречаться соединения и с железом, и с фтором. Интересно то, что, несмотря на цементирующие свойства этого материала, слюда является радиоактивной. Ее использование в строительстве опасно для здоровья человека. Камни с повышенным количеством слюды используют в облицовке внешних поверхностей и для нежилых помещений.
Другие классификации гранита
Геохимическая классификация Уайта и Чаппела чаще используется в зарубежных странах. Различаются граниты по основному элементу, что показывает их состав и указывает на тип происхождения. Например, если горная порода образовалась в результате плавления метаосадочных субстратов – ее относят в группу S (sedimentary). Они имеют большие концентрации таких элементов, как K2O и Rb. А вот вещества магматического происхождения попадают в группу I (igneous), где преобладают CaO, Na2O. Это обусловлено тем, что они не попадают под влияние осадочных факторов – ветра или воды, или же их воздействие незначительно, в отличие от первой группы.
M (mantle) тоже магматического происхождения, но при их формировании образуются толеит и базальт. Большое количество гранитов, в состав которых входит этот тип, образуется в океанических плитах, поэтому их состав очень отличается от предыдущих. Последний тип – А (anorogenic). Его разительное отличие в том, что он образуется в щелочной среде, а не кислой. Их формирование происходит в нижних частях земной коры, где доступ кислорода к слоям минимален.
Наибольшее количество гранитов образуется при столкновении двух тектонических плит, поэтому максимальное скопление месторождений находится в гористой или складчатой местности. Этот процесс называется коллизия. Самое маленькое количество гранитов получается на дне океанов. Такое явление можно объяснить тем, что толщина земной коры в этой местности намного ниже, поэтому воздействие температуры и давления значительно снижается.
Заключение
В мире гранит – это очень распространенная горная порода, использующаяся в строительных и облицовочных целях. Минералы в составе гранита достаточно разнообразны, но в целом выделяют 3 группы для их классификации. Огромную роль в этом вопросе играет тип процесса формирования и среды, где они находятся. Структура минералов тоже очень важна – ведь от типа кристаллической решетки и соотношения элементов зачастую зависит плотность, долговечность и даже цвет.