Тема: Речовинний склад земної кори. План:
Поняття про мінерали і гірські породи.
Кристалічний і аморфний стан мінеральної речовини.
Мінеральні агрегати.
Фізичні властивості мінералів.
Утворення мінералів і їх класифікація.
Поняття про мінерали і гірські породи
Земна кора складається майже повністю з усіх хімічних елементів, які входять до таблиці Менделєєва (за виключенням елементів, що одержані штучно). Але кількість кожного з них дуже відрізняється.
Вперше середній вміст хімічних елементів в земній корі до глибини 16 км підрахував американський вчений Ф.У.Кларк ще в 1889 році. Потім кількість хімічних елементів уточнювало багато російських і зарубіжних вчених. Але найбільш переконливі дані одержали радянські вчені В.І.Вернадський, О.Е. Ферсман і О.П.Виноградов.
Середній вміст у земній корі кожного з хімічних елементів О.Е.Ферсман запропонував називати кларками. Згідно висновків О.П.Виноградова (1962), в земній корі (в %) кисню – 49,13, кремнію – 26,0, алюмінію – 7,45, заліза – 4,20, кальцію – 3,25, натрію – 2,40, калію – 2,35, магнію – 2,35, водню – 0,15, титану – 0,61, вуглецю – 0,36.
Найменше поширення мають рідкоземельні (n:10-5%), ртуть (8,3:10-6%), золото (4,3:10-7 %) реній (7:10-8 %). Ще менше поширені елементи радію, протоактинію і полонію. Отже, на перші три елементи припадає 82,58 % маси земної кори (тому раніше нерідко земну кору називали "Сіаль"), а на перші вісім елементів – 97,13 %,
В результаті складних фізико-хімічних процесів ці елементи поєднуються (за рідкими виключеннями) у прості і складні сполуки, тобто утворюються мінеральні тіла. Отже, мінерали (від лат. minera – руда) – це природні хімічні сполуки або самородні елементи, які утворились в результаті фізико-хімічних процесів у земній корі і на її поверхні. Утворення мінералів може також бути пов'язане з біохімічними процесами, що викликані життєдіяльністю організмів (у першу чергу бактерій). Крім того, однорідні за хімічним складом мінеральні сполуки складають інші космічні тіла: Місяць, планети Сонячної системи, комети, астероїди, метеорити.
Мінерали можуть мати кристалічну будову речовини (певний порядок розташування атомів та іонів), або бути аморфними. Проте, академік В.І.Вернадський сюди відносив також рідини і природні гази.
В кінці XIX століття французькому вченому Вернейлю вдалося в лабораторних умовах одержати штучний рубін. В 1905-1910 роках ним було налагоджено його промислове виробництво, а крім того – сапфіру і шпінелі. З того часу в лабораторіях і на заводах різних країн вирощують багато мінералів для ювелірної справи і технічних потреб. Більшість з них не відрізняються від природних за хімічним складом, структурою та властивостями.
Серед мінералів розрізняють мінеральні види і різновидності.
Перші чітко відрізняються за складом і структурою хімічної речовини, другі – це варіації мінерального виду за кольором (наприклад, різновидності кварцу, опалу, гранату), або по структурі тієї ж речовини.
Загальна кількість відомих мінеральних видів – близько 4000, а з різновидностями – близько 5000. Цікаво, що до початку 19 століття було відомо без різновидностей менше 100 мінералів. За останні 25-30 років щорічно в середньому геологи відкривають і описують 40-50 нових мінералів (щотижня 1-2).
В 1980 році усьому світі було відкрито 101 мінерал, з них 28 – в колишньому СРСР.
Спеціалісти по мінералогії пишуть, що в природі широко розповсюджено 450 мінералів, але тих, що утворюють породи всього близько 50.
З величезної кількості мінералів в різній мірі людством використовується 15%. Серед них особливо цінними для потреб життя є рудні мінерали – ті, з яких добувають метали або іншу сировину. Наприклад, з галеніту добувають свинець, із сфалериту – цинк, із магнетиту – залізо, з ільменіту – титан, з апатиту – фосфор і мінеральні фосфорні добрива.
Всі мінеральні види і різновидності мають свої назви, які дані їм відповідно до фізичних властивостей (колір, блиск, твердість та інші), місця знахідки, способу утворення, хімічного складу. Багато мінералів названо прізвищами та іменами людей. Проте слід мати на увазі, що нерідко один і той же мінерал в різних країнах та у ювелірів має, іншу ніж у геологів, назву.
Коли різні мінерали поєднуються в більш-менш постійний склад – таке угрупування називається гірськими породами. Більшість з них складаються з багатьох мінералів і їх називають полімінеральними (граніт, лес). Але коли порода приблизно на 95% складається з одного мінералу (мармур, пісковик) то її називають мономінеральною. Якщо в породі, крім характерних для неї мінералів, трапляються в незначній кількості (менше 1%) інші мінерали їх називають акцесорними (від лат. accеssorius – додатковий, привхідний). За способом утворення гірські породи підрозділяються на магматичні, осадочні і метаморфічні.
Всього зараз відомо майже 900 видів гірських порід з яких 700 магматичних. Кожна з них відрізняється не тільки мінеральним складом, а й кольором, масивністю та іншими ознаками.
Геологи встановили, що хоч осадочна оболонка покриває "гранітну" (на континентах) і "базальтову" (під океанами) приблизно на 75% всієї земної поверхні, на загальний об'єм літосфери її припадає всього лише 5%. На магматичні і метаморфічні породи разом припадає 95%.
Вивчення мінералів і гірських порід в кінцевому результаті зводиться до найголовніших завдань геологів – відкриття і добування корисних копалин. Родовищем корисних копалин називається концентрація мінеральної речовини в надрах Землі або на її поверхні, кількість, якість і умови залягання якої придатні для промислового використання. Вони формуються в результаті різних геологічних процесів і концентруються в різній мірі як по глибині так і по територіях. А утворитись вони можуть одночасно з формуванням гірських порід або пізніше. Причому в схожих геологічних умовах утворюються мінеральні генетичні асоціації на певній ділянці чи в певному місці земної кори (наприклад, у рудному районі, зоні, пласті, жилі).
Отже, з хімічних елементів земної кори утворилась велика кількість мінералів, які є складовими частинами різних гірських порід. В породах при певних умовах сформувались різні види корисних копалин.