2.1.1. Химический состав земной коры

В земной коре находятся все химические элементы. Впервые попытался установить состав американский ученый Кларк в 80-е годы 19-го столетия. Он собрал анализы горных пород и обработал статистически. Позже уточнили химический состав земной коры в %: кислород – 46,8; кремний – 27,4; алюминий – 8,7; железо –5,1; кальций – 3,6; натрий – 2,6; калий – 2,6; магний – 2,1; другие – 1,2.

2.1.2. Тепловой режим земной коры

Он определяется (рис. 4) влиянием двух факторов: а – солнечной энергией; б – внутренней энергией самой Земли.

Геотермальная ступень – расстояние, на котором температура горных пород увеличивается на 1. Для стран СНГ – равна 33 м. Эта закономерность справедлива до глубины порядка 20 км.

Рис.4.Распределение температур в земной коре:

I – зона сезонного колебания температур (мощность 12-15 м);

II – зона постоянных температур (10-30 м);

III – зона увеличения температур

2.2. Породообразующие минералы

Минералами называются природные химические соединения или самородные элементы, образовавшиеся в результате естественных физико-химических процессов в земной коре, на поверхности Земли или прилегающих к ней оболочках.

Всего в земной коре имеется более 7000 минералов и их разновидностей, причем породообразующих – 50, основных из них – 25. Породообразующие минералы входят в состав горных пород. Кварц обязательно является составной частью гранита.

Минералы в земной коре находятся в твердом, жидком и газообразном агрегатных состояниях. В большинстве случаев они имеют кристаллическое строение.

Минералы имеют комплекс физических свойств: твердость, цвет, блеск, цвет черты, взаимодействие с HCl, вкус, спайность, излом, удельный вес.

Шкала Мооса относительной твердости:

1 – тальк (0,03); 2 – гипс (0,04); 3 – кальцит (0,26); 4 – флюорит (0,75); 5 – апатит (1,23); 6 – ортоклаз (25,0); 7 – кварц (40,0); 8 – топаз (152); 9 – корунд (1000); 10 – алмаз (140000). Из них 1-2 являются мягкими, 3-5 – средними, от 5 и далее – тяжелыми. В скобках - абсолютная твердость по абразивному методу Розиваля.

2.2.1. Генетическая и химическая классификация минералов

Генетическая – по происхождению (подобно горным породам). Возникшие в земной коре на глубинах – эндогенного генезиса (кварц), а на поверхности и границе литосферы с гидросферой и атмосферой – экзогенные (галит). В зоне высоких температур – метаморфического происхождения (тальк, серпентин, асбест).

Часто употребляют упрощенную классификацию минералов:

первичные (при остывании магмы); вторичные (видоизмененные).

Химическая классификация Четверикова:

1 – силикаты (около 800, 75 % массы земной коры. В составе – кремний, кислород, алюминий, железо, калий, кальций, магний, водород):

а) полевые шпаты (шпат – пластинка). Ортоклазы, микроклин, плагиоклазы (кососкалывающиеся). В пределах этого ряда – лабрадор. Находятся в зоне выветривания и переходят во вторичные;

б) мета и ортосиликаты (темные силикаты): роговая обманка, авгит, оливин;

в) водные алюмосиликаты: тальк, хлорит, серпентин (змеевик), слюды (мусковит, биотит), глинистые минералы;

2 – карбонаты (соли угольной кислоты: кальцит, доломит. Вскипают от HCl. Растворимы водой. В известняках возникают карстовые явления);

3 – окислы; 4 – гидроокислы. Это соединения химических элементов с кислородом: а) кварц, халцедон и опал – окислы кремния. Высокая твердость, стеклянный блеск и неровный излом;

5 – сульфиды (около 350, 25% массы земной коры). Пирит и халькопирит. В породе происходит их быстрое разрушение;

6 – сульфаты (соли серной кислоты: гипс, ангидрит), похожи на карбонаты, но не взаимодействуют с HCl, растворимы водой и возникают карстовые явления;

7 – галлоидные (галит, сильвин, всего 100). Сравнительно мягкие, соленые на вкус, растворимые водой с образованием карста;

8 – фосфаты;

9 – вольфраматы;

10 – самородные.

Подробнее остановимся на глинистых минералах с размером частиц менее 0,005 мм. Они образуют каллоидные системы в воде. Обладают большой поверхностью раздела между твердой фазой и воздушной средой. Их свойства зависят от взаимодействия с водой – набухание, усадка, липкость, пластичность. Химический состав представлен условно: Al₂ O₃.nSiO₂.mR₃O, где R – одновалентный элемент из алюмо- или кремнийкислородных соединений.

Имеются десятки глинистых минералов в трех группах:

1 – каолиниты с неподвижной кристаллической решеткой. Образованы из полевых шпатов в виде тонких чешуек;

2 – гидрослюды (иллит), неустойчивы и переходят в минералы каолинита и монтмориллонита;

3 – монтмориллонит образован из полевых шпатов в условиях щелочной среды с весьма подвижной кристаллической решеткой.