Реферат: Магматические горные породы

Когда магмапрорвалась на поверхность

   Гранитная магма,как никакая другая, содержит много кремне­зема (до 70—75%), поэтому она вязкаяи с больших глубин только изредка прорывалась на поверхность. Вот почему вулка­ническиепороды, образовавшиеся из гранитной магмы, рас­пространены гораздоменьше.гранитов и на поверхности встре­чаются довольно редко. По даннымпрофессора С. П. Соловьева, вулканические породы, возникшие из гранитной магмы,зани­мают всего 13,5 % от площади распространения магмати­ческих пород в нашейстране, тогда как на долю гранитов — пород, застывших на глубине, приходится48,6 %. В геологии такие лавы называют «кислыми». Название это, конечно, неотра­жает их вкусовых качеств. Оно связано с высоким содержанием .

кремнезема в лавах. Его настолькомного, что он не только насыщает все основания, но и остается в избытке в видесвобод­ного кремнезема (чаще всего кварца). А кварц можно рас­сматривать какангидрид кремневой кислоты.

Другая оченьважная особенность кислых лав — неболь­шое количество магния и железа, т. е.элементов, характерных для темноокрашенных минералов. К тому же железо и магнийзначительно тяжелее кремния, алюминия, калия, натрия и других элементов. Этимобъясняется светлая окраска кислых вулкани­ческих пород и их сравнительнаялегкость.

Когда вгеологической литературе речь идет о кислых вулка­нических породах, частовстречается слово «порфир». Оно не имеет отношения к порфире — пурпурного цветамантии, одевав­шейся монархами в торжественных случаях. Но косвенная связьздесь есть и заключается она в том, что некоторые вулка­нические породыокрашены так же ярко, как и пурпурная ман­тия. Нужно еще добавить, что порфиры,как и огромное боль­шинство вулканических пород, обладают характерной структу­рой(строением), которую называют порфировой.

В кислыхвулканических породах в виде отдельных кристал­лов (вкрапленников) чаще всеговидны кристаллы серого кварца и прозрачного полевого шпата с блестящимигранями. Такие породы называют липаритами. Если вулканические породы пережилисложную историю и «состарились», что запе­чатлено в потускневших вкрапленникахполевого шпата, тогда их называют кварцевыми порфирами.

Нетолько кислые, но и другие вулканические породы принято делить на «юные», ещене затронутые «превратностями» геологической жизни, и «старые», перекрытыеболее молодыми толщами и изменившиеся под действием циркулировавших по нимподземных растворов.

Нередкослучается, что лава настолько быстро застывает, что атомы и группы атомов неуспевают собраться в постройки с правильным внутренним строением — кристаллы.Тогда в застывшей лаве сохраняется неупорядоченное строение, свойст­венноежидкости. Получается вулканическое стекло, которое,

по существу, представляет собойпереохлажденную, чрезвычайно вязкую лаву.

На примеревулканического стекла легко проследить связь между внутренним строением горнойпороды и ее свойствами. В отличие от кристаллов с их правильным расположениемионов или других элементарных частиц и соответственно способностьюраскалываться вдоль некоторых плоскостей (вдоль которых внутренние силы слабеевсего) стекла лишены этого свойства из-за неупорядоченного внутреннегостроения. Вот почему при ударе они разбиваются на куски неправильной формы сгладким изломом и острыми краями. Эта особенность вулканического стекла былаочень хорошо известна первобытно­му человеку и широко использовалась приизготовлении оружия и орудий труда.

В кислой магмерастворено много различных газов. Когда магма подходит к поверхности и внешнеедавление сильно уменьшается, из расплава начинается бурное выделение газов. Водних случаях они только вспенивают лаву, и тогда после застывания образуетсяочень пористая вулканическая порода — пемза, своего рода каменная пена. Пустотв ней так много, а ка­менные перегородки настолько тонкие, что пемза становитсянеобыкновенно легкой. Ее средняя плотность меньше единицы, и она плавает вводе. Небезынтересно, что кубический метр пемзы имеет массу всего 300—350 кг,тогда как такой же объем плотной лавы — не менее 2,5 т. Перегородки,разделяющие поры в пемзе, состоят из вулканического стекла и, значит,достаточно крепкие, с режущими краями. Поэтому пемза издавна используется какабразив для обработки дерева, кожи и других не очень твердых материалов.

Нередко приизвержении вулкана давление газов настолько велико, что лава распыляется, азастывшие участки ее дро­бятся на глыбы и куски. Этот обломочный материалвулканического происхождения может выбрасываться на вы­соту несколькихкилометров. Глыбы и крупные обломки падают около места взрыва, а мелкийматериал в виде вулканического стекла и пыли подхватывается ветром и уноситсяза сотни и

даже тысячикилометров. Таким путем из обломочного мате­риала вулканического происхожденияобразуются своеобразные породы. По природе каменного материала они сходны свулкани­ческими породами, а по способу накопления напоминают осадочные. Общееназвание таких пород — пирокластические, что в переводе с древнегреческогоозначает состоящие «из обломков огненного происхождения». Сначала это рыхлыймате­риал, а когда он слежится и сцементируется, возникнут плот­ные породы. Ихназывают вулканическими туфами.

Пирокластическиепороды очень разнообразны, и среди них есть и такие, которые по внешнему видупохожи на лавы. Всего лишь несколько десятков лет назад была раскрыта тайнапроис­хождения огромных толщ горных пород, встречающихся в Армении, Средней азии, на Дальнем Востоке, Северномострове Новой Зеландии, в Северной Америке и других местах. Удивля­ло, что этипороды, принимавшиеся за кислые лавы, занимают огромные площади в тысячи квадратныхкилометров, а их мощ­ность измеряется многими сотнями метров. А ведь хорошо из­вестно,что кислая лава вязкая и не способна растекаться на большие расстояния.Детальное изучение таких толщ показало, что они образовались при мощных взрывахгазонасыщенной лавы, ее капли и кусочки падали на поверхность Земли впластичном состоянии и спаивались в компактную одно­родную массу. «Сваренные»туфы назвали нгнимбритами, что в переводе с латинского означает «образованныеогнен­ным ливнем».

Игнимбритывозникли при особого рода вулканических извержениях, когда над земнойповерхностью в потоках раска­ленного газа неслись капли и куски пластичнойлавы.

Игнимбриты — прекрасныйестественный строительный ма­териал. Они легко поддаются скульптурнойобработке, у них удивительно красивая расцветка — на красном, оранжевом и ко­ричневомфоне во многих.местах видны черные пятна. Игнимбриты ты нашли широкоеприменение в строительстве. В столице Армянской ССР Ереване можно любоватьсяновыми широкими улицами и проспектами, застроенными оранжево- и коричнево-красными многоэтажными домами из игнимбритов. Особенно красив ансамбль зданийна площади им. Ленина, впитавший в себя традиционные особенности древнейармянской архи­тектуры. Игнимбрнты использованы и в облицовке Московскогогосударственного университета.

Декоративнымибывают и кислые лавы, тогда они служат прекрасным материалом для изготовленияхудожественных изде­лий. На Урале, в окрестностях старинного города Невьянска,у села Аятское издавна добывают нарядный камень. Камнерезы назвали его аятскимпорфиром. Он широко использовался Петергофской и Екатеринбургской гранильнымифабриками. Цветная палитра аятского порфира удивительно разнообразна: здесьсветло-зеленый камень с белесоватыми прожилками, желтоватый с зелеными пятнами,зеленый с черными крапинка­ми, черный, дымчатый и т. д. По своей природеаятский камень — кварцевый порфир, его декоративная внешность создана круп­нымивкрапленниками сероватого и желтоватого полевого шпата и секущими породукаменными цветными минеральными жилами.

  Гранитная магма, застывая наглубине, превращается в гра­ниты. Они необыкновенно широко распространены. Всовре­менном строительстве гранитам принадлежит очень большая роль. Достаточно,например, указать, что на облицовку новых московских мостов потребовалось околотрех тысяч вагонов гра­нита!

Гранитне только красивый, но и надежный, крепкий и проч­ный камень, именно поэтому нафундаментах из него покоятся монументальные здания. Гранитная щебенка лежит в основанииавтострад. Брусчаткой из гранита выложены улицы многих городов. По долинам рекобнажаются гранитные скалы, украшая пейзаж.

Замечательныесвойства гранита как строительного и обли­цовочного материала связаны с егоминеральным составом и строением. Порода состоит в основном из трех минералов:кварца и двух видов полевых шпатов (калиевого и каль-циево-натриевого). Внебольшом количестве встречаются слюда и роговая обманка.

Окраска породыопределяется цветом породообразующего минерала — калиевого шпата. Есть гранитысерые, розовые, мясо-красные, коричневые, зеленые и даже синевато-серые и почтичерные. Калиевый шпат — твердый минерал, поэтому при полировке гранитаполучается гладкая зеркально-блестящая поверхность. Особенно привлекательныгрубозернистые грани­ты, своим видом напоминающие цветную мозаику с причудли­вымрисунком.

Связь междуминеральным составом гранитов и их свойст­вами понятна. Но по каким признакампетрограф устанавливает образование гранита из магмы? Этот вопрос оченьинтересный, и, отвечая на него, мы введем читателя в круг одной из важней­шихпроблем современной петрографии.

О существовании гра­нитноймагмы неоспоримо свидетельствуют кислые ла­вы, извергавшиеся вулкана­ми во всепериоды геоло­гической истории. А это значит, что в недрах Земли находятсяочаги кислого си­ликатного расплава. Когда кислая магма покидает «ро­дительскоелоно» и, не дой­дя до поверхности, задер­живается и медленно кри­сталлизуется,образуется полнокристаллический гра­нит. Естественно, что в нем нет ни вулканическогостек­ла, ни мельчайших кри­сталликов, образующихся при быстром охлаждении.Магматический гранит можно узнать под микроскопом. Изучая шлиф породы, мызаметим, что разным минералам в разной степени присущи свойственные им формыкристаллов (рис. 19). Одни из них правильной формы (слюда) и, значит,образовались рано, когда в расплаве не было других минералов, которые быстеснили их рост. У полевых шпатов часть контуров кристаллов естественная,другая вынужденная. Значит, полевые шпаты кристаллизовались позже, когда онисмогли частично приспособиться к ранее появившимся минералам. А у кварца вовсенет свойственных ему контуров. Значит, кварц самый «младший» среди минераловгранита, он кристаллизовался из расплава последним и занял оставшееся на егодолю прост­ранство. О возникновении гранита из магмы свидетельствуют также егосекущие контакты с окружающими породами. Они указывают на то, что вещество, изкоторого возник гранит, было жидким и внедрялось в трещины. Подвижное состояниеэтого материала также доказывают обломки боковых пород в граните.

Гранитнаямагма была сильно нагретой. Об этом убедительно говорят глубокие изменения впородах, окружающих массивы гранитов. Они преобразованы до неузнаваемости,перекристал­лизовались и превратились в метаморфические породы (рого­вики).Петрографы пришли к выводу, что гранитная магма закончила кристаллизацию притемпературе около 

600—700 °С.

Нередко вмассивах гранитов встречаются обломки чуже­родных пород — ксенолиты. Онипривлекают пристальное вни­мание исследователей, так как дают возможностьзаглянуть в недра Земли. По ксенолитам можно судить о горных породах, черезкоторые прошла магма и обломки которых захватила с собой. Особый интересвызывают граниты, переполненные зако­номерно расположенными ксенолитами. Полосатостьгранитов и удлинение ксенолитов изменяются определенным образом от места кместу, намечая положение древних слоистых толщ, часто сложно изогнутых.; Черезгранит как бы «просвечивают» древние, ранее существовавшие до них горныепороды. Просве­чивающие структуры говорят о том, что гранитная магма засты­валана месте своего образования, не успев переместиться в более высокие горизонтыземной коры.

Но гранитыобразуются не только из магмы. Еще в сере­дине XIX в. родились идеи онемагматическом происхождении гранитов. Теперь известно, что немагматическиеграниты широко распространены в древнейших участках земной коры, сложен­ныхдокембрийскими гнейсами и сланцами. Здесь гранитные породы тесно переплетаютсяс метаморфическими, образуя слож­ные породы — мигматиты. Увеличение гранитногоматериала приводит к тому, что мигматиты становятся неяснополосчаты-ми ипереходят в граниты с расплывчатыми остатками первичных пород.

  Веществонемагматического гранита никогда не было жидким, на его месте находился инородныйматериал, кото­рый в твердом состоянии превратился в гранит. Процесспреобразования негранитного вещества в гранит называется гранитизацией или трансформацией, поэтомусторонников такого взгляда называют трансформистами.

Ониустановили, что характерные минералы гранитов — калиевый шпат и плагиоклаз,богатый натрием,— иногда образуются в песчаниках, сланцах и даже в такиходнообразных по составу породах, как кварциты. Это на первый взгляд стран­ноеявление — наличие крупных правильных кристаллов, никогда не образующихся восадочных породах,— объясняется переработкой их вещества газами и растворами,поднимав­шимися из недр Земли. Газы и растворы пропитали песчани­ки, сланцы идругие негранитные породы и образовали в них крупные кристаллы калиевого шпатаи плагиоклаза. Так возник­ли горные породы, очень похожие на магматическиеграниты.

И все женемагматические граниты по ряду признаков отли­чаются от магматических.Наблюдая их взаимоотношения с окружающими породами, мы заметим, что они невнедрялись в них и не изменяли их. В шлифах под микроскопом видно, чтоочертания зерен минералов неправильные, без характерных для них контуров. И этопонятно, ведь гранитизированные породы возникли в твердом состоянии, аслагающие их мине­ралы кристаллизовались не в определенной последовательности,как в магме, а одновременно.

   Как мы видим, гранитывызывают очень большой научный интерес. Вместе с тем они играют немалую роль вжизни человека. С гранитами связаны месторождения золота, серебра, вольфрама,молибдена, олова и многих других ценных металлов. В последнее время выяснилось,что и сам гранит может исполь­зоваться как руда редких элементов. Тончайшиеспектральные и химические анализы показали, что в гранитах содержатся почти всеэлементы таблицы Менделеева. Известно, что в одном кубическом километре гранитанаходится урана 10000 т, ниобия 84 000 т. Еще 20—25 лет назад мысль о добычередких элементов из гранита могла показаться фантастической. Но в наше времятехника позволяет выделить из гранита минералы редких эле­ментов, и поэтомугранит стал кладовой малораспространенных элементов. В Бразилии из гранитаполучают тантал, в Африке ниобий, а в недалеком будущем гранит станет обычнойкомп­лексной рудой. Из минералов-примесей будут получать редкие элементы, аоставшиеся после обогащения полевой шпат и кварц найдут широкое применение каксырье для изготовления разнообразной керамики и стекла.

При застываниигранитной магмы не сразу возникает каменный массив. Сначала с краев появляетсятвердая оболочка, она постепенно разрастается внутрь и «оттесняет» к серединеоста­ток гранитного расплава. Меняется при этом и сам расплав, в нем становитсявсе больше газов (ведь они почти не входят в состав выкристаллизовавшихсяминералов). Так образуется легко­подвижный расплав, богатый парами и газами. Водних случаях он остается на месте и застывает среди гранитов. В других случаяхрасплав покидает массив и застывает в окружающих породах в виде жил и линз. Такиз остаточной гранитной магмы образуется особая порода — пегматит, состоящаяглав­ным образом из полевого шпата и кварца.

Интересно, чтовсем пегматитам свойственны некоторые общие особенности. Прежде всего, этипороды всегда крупно­зернистые и даже гигантозернистые. Нередко кристаллыполево­го шпата прорастают кристаллами кварца клиновидной формы, напоминаяклинопись древних народов. Именно этой особен­ностью объясняются другиеназвания пегматитов — «письмен­ный», «еврейский» и «рунический» камень.

Кристаллынекоторых минералов в пегматитах в длину не­редко достигают нескольких десятковсантиметров, а иногда и более метра. Так, в пегматитах Северной Карелии,разрабаты­ваемых для извлечения из них полевого шпата как керами­ческого сырья,длина кристаллов кварца достигает 1,5 м. В нор­вежских пегматитах быливстречены кристаллы калиевого шпата длиной до 10 м и массой около 100 т. Вначале прошлого века в Ильменских горах на Урале нашли настолько огромныйкристалл калиевого шпата, что в нем заложили каменоломню.

Размерпегматитовых жил, линз и скоплений неправильной формы гораздо меньше гранитныхмассивов. Лишь в некоторых случаях, например в бассейне р. Мамы в ВосточнойСибири, встречаются крупные массивы в несколько квадратных кило­метров,состоящие из пегматитов. Но пегматиты здесь не «чистые>, а как бы пропитываютграниты и гнейсы.

К пегматитамиздавна приковано внимание геологов и ми­нералогов, потому что некоторыеминералы и химические эле­менты, очень редкие гости в гранитах, в пегматитахкак бы «сконцентрированы» и могут образовать богатую рудуг Особый интересвызывают минералы с редкими землями или радиоактив­ными элементами. Это,например, ортит, в котором содержание элементов редких земель достигает 3%.Можно также упомя­нуть минералы бериллия, лития и ряда других элементов,которые обычно отсутствуют в гранитах и других магматических породах. Все этопозволяет считать пегматиты продуктами затвердевания не самой магмы, а ееостатка, обогащенного газами. О большой роли газов в пегматитовом расплавеговорят встречающиеся в пегматитах минералы, содержащие различные летучиевещества. Это фтор- и борсодержащий турмалин, топаз (в его состав непременновходят фтор и вода), слюда (ее обязательной составной частью служит вода) и ряддругих мине­ралов. Образование пегматитовых жил происходило при тем­пературе 500—700°С, т. е. несколько ниже, чем гранитов.

Пегматиты имеютисключительную промышленную ценность. Из них добывают слюду, полевой шпат,горный хрусталь, раз­личные драгоценные камни и в том числе изумруд, аквамарин,рубин, сапфир, топаз, аметист и др. Полевой шпат некоторых пегматитов оченькрасив и используется как поделочный камень. Это так называемый амазонскийкамень, или амазонит,— голу­бовато-зеленая разновидность калиевого шпата. Сдавних пор он получил заслуженную известность в камнерезном деле, а художественно-декоративныеизделия из этого поистине чудесного камня всегда привлекали к себе большоевнимание.

  Амазонит в России стализвестен в 1784 г., когда на Южном Урале в   Ильменских горах обнаружилипегматитовые жилы с зеленым камнем.Минерал с необыкновенно приятной окраской быстро завоевал симпатии любителейдекоративного камня и стал одним из важнейших поделочных камней. В Го­сударственномЭрмитаже в Ленинграде хранятся великолеп­ные вазы, столешницы и другие изделияиз уральского амазо-нита, сделанные умельцами Петергофской гранильной фабрики.

Амазонитотносится к малораспространенным минералам. В нашей стране месторожденияамазонита, кроме Ильменских гор, найдены на Кольском полуострове, вПрибайкалье, Ка­захстане и Средней Азии. До сих пор остается загадкой цветамазоннта. Более семидесяти лет назад академик В. И. Вер­надский обнаружил вамазоните Ильменских гор высокую концентрацию рубидия (до 3,12 % Rb2O),и с того времени мно­гие ученые считали, что присутствие именно этого элементавызывает окраску минерала. Но в последние десятилетия неодно­кратноустанавливалось, что рубидий в значительных коли­чествах встречается и внеокрашенных полевых шпатах. Вместе с тем в некоторых амазонитах его почти нет.Значит, окраска зеленого полевого шпата не обязательно связана с рубидием.

Затем минералоги обратили внимание на то, что при прокали­ванииголубовато-зеленый цвет амазонского камня исчезает и минерал приобретаетневыразительную белую, светло-желтую или светло-серую окраску. Потомвыяснилось, что обесцвеченному амазониту можно возвратить прежнюю окраску подвлиянием рентгеновских лучей.

Пожалуй,ближе всего к разгадке окраски стоит Б. М. Шма-кин. Он предполагает, чтозеленая окраска минерала вызвана двумя причинами: особенностями строениякристаллов и зна­чительным количеством элементов-примесей, прежде всего ру­бидия,свинца, цезия и таллия. Дело в том, что внутреннее строение амазонитамаксимально упорядоченное. А это значит, что ионы кремния, алюминия, калия икислорода в кристал­лической решетке расположены самым плотным образом. Когдаже элементы-примеси захватили места элементов-«хозяев» и, отличаясь от нихсвоими размерами, нарушили энергетику кристаллов—появилась характерная окраскаамазонита.