Понятие о минералах и полезных ископаемых

Планета Земля состоит из минералов и горных пород. Они яв­ляются основой почв и определяют многие их свойства. Поэтому для почвоведения чрезвычайно важны знания о распространении, образовании минералов и горных пород, их свойствах и изменени­ях во времени. В данной главе рассмотрены в основном минералы и горные породы, образовавшиеся в земной коре и гидросфере. Наиболее распространенные минералы и горные породы, состав­ляющие твердую фазу почв.

Минералогия — наука о минералах. Она изучает состав, свойства, структуры, и условиях образования минералов.

Минерал — это природное химическое соединение, реже —са­мородный элемент. Минералы могут быть твердыми, жидкими и газообразными. Наибольшее распространение получили минералы, содержа­щие кислород, кремний и алюминий.

В настоящее время известно более 3 тысяч минералов, однако большинство из них встречается крайне редко. Широкое распространение имеет всего несколько сотен минералов.

Минералы бывают аморфные и кристаллические. В аморфных минералах элементарные частицы (атомы, ионы, молекулы) расположены беспорядочно, а в кристаллических они соединены закономерно в кристаллическую решетку.(Опал – аморфная разновидность кварца)

Иногда при одинаковом химическом составе минерала кристаллическая решетка может быть разной, при этом физические свойства минерала могут существенно меняться. Эта способность твердых веществ образовывать при одинаковом химическом составе иметь различные по строению кристаллические решетки называется полиморфизмом. Примером такого явления являются алмаз и графит, имеющие идентичный химический состав (чистый углерод), но различные по кристаллическому строению.

Горные породы – образования, состоящие из бесконечного числа зерен одного или нескольких минералов (мономинеральные из одного минерала: кварцит из кварца; полиминеральные из нескольких: гранит из кварца, полевого шпата, слюды.). Из горной породы отдельные минералы можно извлечь механическим путем.

Минералы, наиболее часто встречаю­щиеся и образующие основу многих горных пород, называют поро­дообразующими.

Минералы, образовавшиеся из компонентов магмы, называют первичными. В результате тектонических движений земной коры отдельные ее области в течение геологического времени поднима­ются и происходит горообразование. Первичные минералы, ока­завшись на дневной поверхности (в геологии усл. обозн. поверхности совр. Рельефа, поверхность земли.), подвергаются воздействию воды, кислорода, диоксида углерода, живых организмов. Совер­шающиеся сложные химические процессы приводят к образова­нию новых минералов, называемых вторичными.

Выделяют три группы процессов образования минералов и гор­ных пород.

1. Эндогенные. (внутренние). Они связаны с магматическими очагами, в основном приуроченными к внутренним слоям земной коры. Здесь господствуют высокие температуры и давление. Все эти процессы протекают при остывании магмы внутри Земли – без участия кислорода

2. Экзогенные. (внешние) Для зоны экзогенных процессов характерны низкие температуры и низкое давление. В этой зоне различают несколько групп процессов образова­ния минералов, среди них необходимо выделить выветривание. Под выветриванием понимают процессы изменения физи­ческого состояния и химического состава минералов и горных по­род под влиянием Н20, 02, С02, температурных колебаний, живых организмов (растительных и животных), талых и дождевых вод, разрушительной деятельности моря, рек, ветра, ледников и ледниковых вод. Различают виды выветривания: химическое, биологическое и физическое (механическое), кото­рые часто совершаются одновременно. В разных природных зонах и в разных экологических условиях те или иные виды выветрива­ния преобладают.

· Процессы химического выветрива­ния приводят к образованию вторичных минералов в экзогенной зоне под влиянием абиотических (не живых) факторов: воды, ди­оксида углерода и кислорода воздуха. Наиболее распространенные реакции при химическом выветривании: растворение, окисление (химический процесс, при к-ром происходит соединение какого-н. тела с кислородом), гидролиз (химическая реакция разложения вещества водой), гидратация (присоединение молекул воды к молекулам или ионам), оглинивание (образование глинных минералов).

При химическом выветривании первичных минералов из каж­дого минерала часто образуется несколько вторичных

В процессе химичес­кого выветривания изменяется первоначальная окраска минера­лов. Необходимо отметить, что кварц наиболее стоек к химическо­му выветриванию, поэтому широко распространен в осадочных обломочных породах и в почвах. Пример, оподзоливание.

· биологического выветривания, – механическое разрушение и химическое изменение горных пород и минералов под действием живых организмов и продуктов их жизнедеятельности. Корни растений, лишайники, микроорга­низмы выделяют диоксид углерода и органические кислоты, раз­рушающие минералы и высвобождающие минеральные элементы питания. Под воздействием этих кис­лот на труднорастворимые минералы образуются легкораствори­мые в воде соединения, катионы или анионы которых легко усваи­ваются растениями и микроорганизмами.

· Физическое (механическое) выветривание протекает под влиянием колебаний температуры, вследствие чего минералы, слагающие породы, испытывают попеременно то сжатие, то расширение. Это приводит к образованию трещин и в конечном итоге к разрушению пород.

3. Метаморфические. В результате тектонических движений земной коры минералы (и горные породы), образовавшиеся в экзогенной и эндогенной зонах, могут оказаться в зоне метаморфизма и находиться под воз­действием новых физических условий давления, температуры, а также новых химических условий, при которых они становятся не­устойчивыми и превращаются в другие минералы. В зоне метамор­физма совершаются реакции образования минералов, обратные тем, которые происходят в верхних частях земной коры, например дегидратация.

Мы рассмотрели процессы происхождения первичных и вто­ричных минералов в породах и почвах и обращаю ваше внимание на то, что один и тот же минерал может иметь разное происхождение, например кварц — магматическое, в результате химического выветривания и т. д.

Образование горных пород происходит в тех же зонах земной коры, в которых образуются минералы, так как горные породы со­стоят из минералов. Поэтому рассмотрение отдельно процессов образования горных пород от процессов образования минералов условно. В основу классификации горных пород положено их про­исхождение. В зависимости от зоны образования различают три генетичес­ких типа горных пород: магматические, осадочные и метаморфи­ческие.

I. Магматические (Изверженные) —первичные.Магматические образуются из остывающей магмы.

Магма (греч.— месиво, густая мазь) представляет собой природный, чаще всего силикатный, огненно-жидкий расплав, воз­никающий в коре или в верхней мантии и при остывании дающий магматические горные породы:

· Глубинные (интрузивные) —Образовавшие­ся при медленном остывании магмы в эндогенной зоне (граниты, сиениты). характерно яснокристаллическое строение

· Излившиеся (эффузивные) (effusion – излияние лат.) — образовались при быст­рым охлаждением магмы на поверхности Земли при извержении вулканов. . строение сктрытнокристаллическое (базальт), стекловидное. (обсидиант), пористое (пемза) и др.

Магматические породы различаются также по химическому составу. Химическая классифиация магматических пород основывается на содержании в них SiO2. Породы различают:

· ультракислые, содержание оксида кремния >75% (пегматит)

· кислые, содержание оксида кремния 65-75% (гранит –липарит)

· средние, содержание оксида кремния 52-65% (сиенит, порфирит)

· основные породы содержат оксида кремния 45-52% (габбро, базальт, лабрадорит)

· ультраосновные, содержат оксида кремния < 45% (Дунит, перидотит, пироксенит)

I. Осадочные — вторичныевозникают из осадков, образующихся при выветривании. Осадки накапливаются в понижениях рельефа Земли (морские впадины, речные и межгорные долины, овраги, болота, озера.

Осадки представлены илами различного состава, останками животных и растений, обломками горных пород и минералов различной формы и величины. После накопления осадочного материала в отрицательных формах рельефа они уплотняются, обезвоживаются, цементируются и превращаются в горные породы, такие как глины, песчаники, яшмы, известняки, доломиты, мергели и др.

Их самыми характерными внешними признаками является наличие слоистой текстуры, остатков вымерших беспозвоночных животных и растений и сравнительно невысокая твердость.

По условиям образования (генезису) все осадочные породы разделяются на :

· хемогенные, возникшие в результате различных химических реакций(карбонатные – известняки, доломиты: кремнистые – кремнистый туф; железистые – бурый железняк; фосфатные – фосфорит, а также марганцевые, галоидные, сернокислые).; глины и гипсы

· обломочные – в результате физического выветривания (грубообломочные – глыбы. Щебень, дресва, валуны, галька, гравий, брекчия, конгломераты; песчаные породы; пылеватые – лессы, лессовидные суглинки, глинистые)

· биогенные – в результате жизнедеятельности растений и животных (яшмы, известняки – ракушняки, уголь и нефть).

Осадочные породы имеют для почвоведения особое значение. Так как на них образовались почвы они называются почвообразующими или материнскими. Большинство почвообразующих пород образовалось в последнее геологическое время – четвертичный период, и поэтому называются четвертичными. Более древние породы, залегающие под четвертичными, в почвоведении относят к кореннымпородам, но при выходе их на поверхность они и продукты их разрушения тоже становятся почвообразующими.

В зависимости от геологических агентов (вода, ветер, лед ..), в результате деятельности которых и формируется отложения, четвертичные отложения подразделяются на генетические типы, которые объединены в ряды

Классификация генетических типов четвертичных отложений.

Рассмотрим более подробно каждый ряд.

1.Элювиальный ряд (коры выветривания).

Элювий — Элювий (элювиальные отложения) (лат. eluo — «вымываю») — рыхлые геологические отложения, формируемые в результате выветривания поверхностных горных пород на месте первоначального залегания или в результате выветривания и последующей аккумуляции его продуктов под действием силы тяжести. Элювиальные отложения формируются на горизонтальных или слабонаклонных поверхностях.

Процесс выноса вещества из геологического или почвенного горизонта называется элювиацией. Существует разница в использовании этого термина в геологии и почвоведении. В почвоведении под элювиацией понимается вызываемый прохождением водных осадков через горизонты почвы перенос разрушенных веществ из верхних слоев почвы в нижние. Накопление этих веществ (иллювиальных отложений) в нижних слоях называется иллювиацией.

В геологии, элювиалные отложения — это то, что осталось на месте в результате выветривания горных порд и минералов, а унесенный материал рассматривается как часть другого процесса. Элювий формирует кору выветривания.

2. Фитогенный ряд (торфяники).Входит один генетический тип торфяники. Они образуются в условиях заболачивания различного типа водоемов из остатков растительности на месте ее произрастания. В торфяниках выделяются два типа – низинные (или низовые) и верховые. Верховые – переувлажнение за счет атмосферных осадков, низинные – за счет грунтовых вод, вод в понижениях.

3. Коллювиальный (склоновый) ряд .

Коллювий, обломочный материал, накопившийся на склонах гор или у их подножий путем перемещения с расположенных выше участков под влиянием силы тяжести (осыпи, обвалы, оползни) и движения оттаивающих, насыщенных водой продуктов выветривания в областях распространения многолетнемёрзлых горных пород.

Выделяются следующие генетические типы.

1. Обвальный тип, характерен
2. Осыпной тип.
3. Оползневой тип.
4. Солифлюкционный тип. Образуются в процессе солифлюкции

Солифлю́кция — стекание грунта, перенасыщенного водой, по мёрзлой поверхности сцементированного льдом основания склонов.

Солифлюкция наблюдается в разных природных зонах. Явление широко распространено в зонах с многолетнемёрзлыми или глубоко и длительно промерзающими грунтами (тундра, лесотундра, Средняя и Восточная Сибирь, Канада, высокогорья). Мелкоземистый почвогрунтовой покров насыщается влагой от тающего снега или дождей, утяжеляется, становится вязкопластичным и начинает двигаться уже при уклонах в 2-3° по еще не оттаявшей скользкой поверхности мерзлого подстилающего слоя, убыстряясь при увеличении уклонов от нескольких сантиметров до метра в год. При этом на склонах возникают фестончатые наплывы, невысокие гряды и целые солифлюкционные террасы даже на склонах с древостоем, образующим пьяный лес.

1. Делювиальный тип. Делювий (от лат. deluo — смываю), делювиальные отложения, наносы, образующиеся у подножия и на нижних частях склонов возвышенностей в результате смывания разрушенных горных пород с верхних частей этих склонов дождевыми потоками и талыми снеговыми водами отложения в нижней части склонов, смытые дождевыми и талыми водами
2. Смешанные типы отложений (солифлюкционные-осыпные, солифлюкционно-делювиальные отложения, гравитационно-делювиальные).