Понятие об изверженных горных породах, магме, лаве

Понятие об изверженных горных породах, магме, лаве. Минеральный состав горных пород. Подразделение по генезису: первичные, вторичные, экзогенные и ксеногенные минералы. Подразделение первичных минералов по классификационному значению. Главные представителиМагматические породы (от латинского слова «огонь») образуются, когда горячая расплавленная порода кристаллизуется и затвердевает. Расплав зарождается глубоко внутри Земли вблизи активных границ плит или горячих точек, а затем поднимается к поверхности. Магматические породы делятся на две группы, интрузивные и экструзивные, в зависимости от того, где затвердевает расплавленная порода.Интрузивные или плутонические магматические породы образуются, когда магма задерживается глубоко внутри Земли. На поверхность поднимаются огромные сгустки расплавленной породы. Некоторая часть магмы может питать вулканы на поверхности Земли, но большая часть остается в ловушке внизу, где она очень медленно остывает в течение многих тысяч или миллионов лет, пока не затвердеет. Медленное охлаждение означает, что у отдельных минеральных зерен есть очень долгое время для роста, поэтому они вырастают до относительно больших размеров. Интрузивные породы имеют крупнозернистую текстуру.Экструзивные или вулканические магматические породы образуются, когда магма выходит и остывает над (или очень близко) поверхностью Земли. Это породы, которые образуются при извержении вулканов и сочащихся трещинах. Магма, называемая лавой, когда расплавленная порода извергается на поверхность, остывает и затвердевает почти мгновенно, когда подвергается воздействию относительно низкой температуры атмосферы. Быстрое охлаждение означает, что минеральные кристаллы не имеют много времени для роста, поэтому эти породы имеют очень мелкозернистую или даже стекловидную текстуру. Пузырьки горячего газа часто задерживаются в закаленной лаве, образуя пузырьковую пузырчатую текстуру.Скалы, образовавшиеся на большой глубине – более 2 км, еще называют абиссальными или глубинными. Магмы, достигшие земной поверхности в жидком состоянии и извергавшиеся из вулканов, образуют вулканические или вулканогенные породы. Их еще называют камнями оттока.Вопрос о происхождении магмы и ее распространении в недрах Земли до сих пор окончательно не выяснен. Существуют гипотезы, согласно которым большинство отдельных магм происходит от двух-трех первичных или от одной общей магмы. Согласно гипотезе Левинсона-Лессинга и более поздним работам, выделяют две магмы: кислую, содержащую около 73% кремниевой кислоты, и основную, содержащую 50-53% кремниевой кислоты.Этот вывод был основан на том, что наиболее распространенные изверженные породы — кислые (граниты и др.) и основные (базальты и др.) — имеют именно такое содержание кремниевой кислоты. По другой гипотезе только основная (базальтовая) магма является первичной, так как соответствующие ей породы распространены как продукты вулканических извержений. Другие породы, в том числе и кислые, образовались за счет дифференциации базальтовой магмы — процесса распада однородной магмы на фракции разного состава, что в конечном итоге привело к появлению разных пород.Дифференциация в жидкой фазе называется магматической (докристаллизационной); дифференциация, обусловленная появлением кристаллов - кристаллизация. Магматическая дифференциация может быть вызвана сегрегацией, переносом газа и диффузией.Теория кристаллизационной дифференциации предполагает, что в процессе кристаллизации материнской магмы возникают различные породы. Равновесный процесс кристаллизации жидкого магматического расплава при остывании протекает в соответствии с законами физической химии. Тип выпадающих кристаллических фаз, порядок их выделения при кристаллизации определяются химическим составом расплава и свойствами минералов данной физико-химической системы.Каждый минерал имеет определенную температуру кристаллизации, поэтому при охлаждении расплава первыми выпадают в осадок минералы с наибольшей температурой кристаллизации. В результате выделения кристаллов первого минерала изменяется состав жидкой фазы, в результате чего при дальнейшем охлаждении выпадают кристаллы другого минерала с более низкой температурой кристаллизации.Среди горных пород в соответствии с основными геологическими процессами, приводящими к их образованию, выделяют три генетических класса:1) магматические породы - продукты застывания природных силикатных расплавов (магм);2) осадочные породы - продукты преобразования отложений, накопившихся на земной поверхности в результате разложения других ранее существовавших горных пород и жизнедеятельности организмов;3) метаморфические породы - продукты перекристаллизации изверженных и осадочных пород без их плавления.Минералы — это химические соединения, поэтому минералогия — это своего рода химия земной коры. Однако это чисто теоретический аспект минералогии. Практический аспект состоит в том, что геолог должен знать и уметь диагностировать объекты своей науки - минералы, а в дальнейшем и горные породы, что немыслимо без знания минералов. При изучении материала необходимо четко понимать, что знания студентов о минералах закладываются только во время их практических, лабораторных и самостоятельных (в том числе вне учебных занятий) занятий со справочными и рабочими коллекциями и в музее. В связи с этим минералогия оказывается коварным предметом для недавних школьников: заучить ее дома по учебникам, не затрачивая серьезных усилий на практическую работу с полезными ископаемыми, невозможно, да и дома их нет. Трудно и то, что у большинства учащихся сразу не вырабатываются навыки диагностики полезных ископаемых, что поначалу их расстраивает и отпугивает от дальнейших самостоятельных занятий. Умение правильно определять твердость минерала, распознавать оттенки его цвета и особенности блеска, определять спайность, делать правильные предположения о морфологии кристаллов и их симметрии дается не сразу. Важно проявить настойчивость, и тогда в какой-то момент навыки работы с полезными ископаемыми войдут в привычку.Первым условием образования минералов — простых веществ — является прежде всего инертность, малая активность таких химических элементов, как платина, осмий, иридий, золото. Второе важное и часто самостоятельное условие — низкая химическая активность кислорода в среде минералообразования. Иногда это условие выполняется при образовании некоторых пород мантийного происхождения. Считается, что именно так в ультраосновных породах образуются самородные металлы платиновой группы и алмазы. Существуют экзотические условия, при которых активность кислорода снижается, например, при прорыве базальтовых расплавов через угленосные толщи осадочных пород. В этом случае возможно появление нативного железа. К таким же экзотическим условиям относится образование самородной меди, как промежуточного продукта окисления сульфидов меди, халькопирита CuFeS2 и др. Особым типом процессов образования самородных элементов являются биохимические реакции. Так, благодаря жизнедеятельности некоторых бактерий в осадочных породах могут образовываться крупные залежи самородной серы.2 Метаморфические породы, их происхождение. Факторы метаморфизмаМетаморфическая порода, любая порода из класса, которая возникает в результате изменения ранее существовавших пород в ответ на изменение условий окружающей среды, таких как колебания температуры, давления и механического напряжения, а также добавление или удаление химических компонентов. Ранее существовавшие породы могут быть магматическими, осадочными или другими метаморфическими породами.Слово «метаморфизм» происходит от греческого «изменение формы»; метаморфические породы образуются из магматических или осадочных пород, изменивших свою форму (перекристаллизовавшихся) в результате изменений физической среды. Метаморфизм включает изменения как в минералогии, так и в ткани исходной породы. Как правило, эти изменения вызываются либо внедрением горячей магмы в более холодные вмещающие породы (контактный метаморфизм), либо крупномасштабными тектоническими движениями земных литосферных плит, изменяющими термобарические условия горных пород (региональный метаморфизм; см. также тектоника плит). Минералы в исходной породе или протолите реагируют на изменяющиеся условия, реагируя друг с другом, образуя новую минеральную ассоциацию, которая термодинамически стабильна в новых условиях давления и температуры. Эти реакции происходят в твердом состоянии, но им может способствовать присутствие жидкой фазы, выстилающей границы зерен минералов. В отличие от образования магматических пород метаморфические породы не кристаллизуются из силикатного расплава, хотя высокотемпературный метаморфизм может привести к частичному плавлению вмещающей породы.Поскольку метаморфизм представляет собой реакцию на изменяющиеся физические условия, те области земной поверхности, где динамические процессы наиболее активны, будут также областями, где метаморфические процессы наиболее интенсивны и легко наблюдаемы. Обширная область тихоокеанской окраины, например, с ее сейсмической и вулканической активностью, также является областью, в которой происходит интенсивное захоронение и метаморфизация материалов. В целом окраины континентов и районы горообразования представляют собой районы, где метаморфические процессы протекают с наибольшей интенсивностью. Но в относительно спокойных местах, где осадки накапливаются медленными темпами, также происходят менее впечатляющие изменения в ответ на изменения давления и температурных условий. Таким образом, метаморфические породы распределены по всей геологической колонке.Поскольку большая часть мантии Земли твердая, там также могут происходить метаморфические процессы. Породы мантии редко наблюдаются на поверхности, потому что они слишком плотные, чтобы подняться, но иногда можно мельком увидеть их включения в вулканические материалы. Такие породы могут представлять собой образцы с глубины в несколько сотен километров, где может действовать давление около 100 килобар (3 миллиона дюймов ртутного столба). Эксперименты при высоком давлении показали, что немногие из обычных минералов, встречающихся на поверхности, выживают на глубине мантии, не превращаясь в новые фазы с высокой плотностью, в которых атомы упакованы более плотно. Таким образом, обычная форма SiO2, кварц, с плотностью 2,65 грамма на кубический сантиметр (1,53 унции на кубический дюйм), превращается в новую фазу, стишовит, с плотностью 4,29 грамма на кубический сантиметр (2,48 унции на кубический дюйм). Такие изменения имеют решающее значение для геофизической интерпретации недр Земли.В общем, температура увеличивается с глубиной внутри Земли по кривым, называемым геотермами. Конкретная форма геотермы под любым местом на Земле зависит от соответствующего местного тектонического режима. Метаморфизм может происходить либо при перемещении породы из одного положения в другое вдоль одной геотермы, либо при изменении формы самой геотермы. Первое может иметь место, когда скала погребена или поднята со скоростью, которая позволяет ей поддерживать тепловое равновесие с окружающей средой. Этот тип метаморфизма происходит под медленно погружающимися осадочными бассейнами, а также в опускающейся океанической плите в некоторых зонах субдукции. Последний процесс происходит либо при внедрении горячей магмы и изменении теплового состояния неподвижной породы, либо при быстром перемещении породы в результате тектонических процессов (например, надвига или крупномасштабной складчатости) в новый глубинно-температурный режим, например в , области столкновения двух континентов (см. также разломы и складки). Независимо от того, какой процесс происходит, результатом является то, что совокупность минералов, термодинамически стабильных в начальных условиях, помещается в новый набор условий, при которых они могут быть или не быть стабильными. Если они уже не находятся в равновесии друг с другом в новых условиях, минералы будут реагировать таким образом, чтобы приблизиться к новому состоянию равновесия. Это может включать полное изменение минерального комплекса или просто изменение состава ранее существовавших минеральных фаз. Полученная минеральная ассоциация будет отражать химический состав исходной породы и новые термобарические условия, которым порода подвергалась.Поскольку составы протолитов и условия давления и температуры, в которых они могут находиться, сильно различаются, разнообразие типов метаморфических пород велико. Однако многие из этих разновидностей неоднократно связаны друг с другом в пространстве и времени, отражая единообразие геологических процессов на протяжении сотен миллионов лет. Например, ассоциации метаморфических пород, образовавшиеся в Аппалачах на востоке Северной Америки в ответ на столкновение североамериканской и африканской литосферных плит в палеозойскую эру (541–252 млн лет назад), очень похожи на те, которые образовались в Альпах юга Центральной Европы во время столкновения Европейской и Африканской плит, происходившего в мезозойскую и кайнозойскую эры (252 млн лет назад по настоящее время). Точно так же метаморфические породы, обнажающиеся в Альпах, во многом сходны с метаморфическими породами того же возраста в Гималаях Азии, которые образовались во время континентальной коллизии между Индийской и Евразийской плитами. Метаморфические породы, образовавшиеся во время столкновений между океаническими и континентальными плитами из разных мест по всему миру, также демонстрируют поразительное сходство друг с другом (см. Ниже «Региональный метаморфизм»), но заметно отличаются от метаморфических пород, образовавшихся во время столкновений континентов. Таким образом, часто удается реконструировать тектонические события прошлого на основе ассоциаций метаморфических пород, обнаженных в настоящее время на поверхности Земли.Метаморфизм является результатом сложного взаимодействия между физическими и химическими процессами, происходящими в масштабах от микрометров (например, размеры мелких минеральных зерен, толщина межкристаллитной жидкости, диффузионные расстояния для химических веществ) до десятков или сотен километров (например, толщина земной коры, ширина зоны столкновения литосферных плит, глубина до погружающейся плиты). Несмотря на этот широкий диапазон и множество процессов, связанных с перекристаллизацией осадочных и магматических протолитов (материнских пород) в метаморфические породы, существует относительно немного переменных, влияющих на метаморфические изменения. Наибольшее значение имеют температура, давление и первоначальный химический состав протолита. Каждый из них кратко обсуждается ниже.Температуры, при которых происходит метаморфизм, колеблются от условий диагенеза (около 150—200 °С) до начала плавления. Породы разного состава начинают плавиться при разных температурах, при этом начальное плавление происходит примерно при 650–750 °С в породах гранитного или сланцевого состава и примерно при 900–1200 °С в породах базальтового состава. Выше этих температур метаморфические процессы постепенно сменяются магматическими. Следовательно, температурная область метаморфизма охватывает интервал около 150–1100 °С и сильно зависит от состава протолита.Температура в любой точке земной коры контролируется локальным режимом теплового потока, который является сложной функцией теплового потока вверх из мантии в земную кору, тепла, выделяемого при радиоактивном распаде в близлежащих областях земной коры, тепла, переносимого в земную кору. земная кора силикатными расплавами и тектонический перенос горячих или холодных пород со скоростью, превышающей скорость, необходимую для поддержания теплового равновесия с окружающими породами (см. также тектонику плит). Градиент температуры в любом месте на Земле, известный как геотермический градиент, представляет собой повышение температуры на единицу расстояния по глубине; это дается касательной к местной геотерме. Таким образом, величина геотермального градиента зависит от формы геотермы. В регионах с высоким поверхностным тепловым потоком, таких как области активного вулканизма или апвеллинга мантии под истонченной континентальной корой, преобладают геотермические градиенты от 40 до 100 ° C (от 104 до 212 ° F) на километр (0,6 мили), что приводит к высоким температурам. на относительно неглубоких уровнях земной коры. В стабильных недрах старых континентов более типичны геотермические градиенты от 25 до 35 °C (от 77 до 95 °F) на километр, а в зонах активной субдукции, где относительно холодная океаническая кора быстро перемещается на большие глубины, геотермальные градиенты колеблются от 10 до 20 ° C (от 53,6 до 68 ° F) на километр. Эти большие вариации геотерм и геотермических градиентов порождают различные метаморфические режимы или комбинации термобарических условий, связанных с различными тектоническими провинциями.Помимо изменения геотерм в зависимости от положения на Земле, отдельные геотермы в одном месте могут меняться со временем. Геотермы находятся в устойчивом состоянии (т.е. не меняются со временем) в тектонически спокойных областях Земли, таких как средние области крупных континентов, а также в областях, где тектонические процессы, такие как субдукция, протекали с одинаковой скоростью в течение длительных периодов. Переходные геотермы, с другой стороны, генерируются в тектонически активных регионах, таких как зоны столкновения континентов или быстрых поднятий и эрозий, в которых тектонические процессы относительно кратковременны; в этих районах температура на данной глубине Земли зависит от времени, и отдельные геотермы могут иметь очень сложную форму, которая со временем приближается к плавным кривым. Эти сложные геотермы могут вызывать большие колебания температуры на заданной глубине Земли; породы, метаморфизованные в ответ на эти изменения, могут демонстрировать значительные текстурные и химические признаки неравновесия, отражающие тот факт, что температуры менялись со скоростью, которая была более быстрой, чем скорость реакции между составляющими минералами.

Список использованной литературы

Штефан Л.В. Петрография магматических пород. Курс лекций. – М.: БГУ, Минск. – 2003. – 120 с.Штефан Л. В. Петрография метаморфических пород: Курс лекций «Петрография магматических пород» для студентов спец. I 51.01.01 «Геология и разведка месторождений полезных ископаемых» / Л. В. Штефан. – Мн.: БГУ, 2004. – 120 с.