Тема 15. Геологические процессы образования минералов

15.1. Классификация минералов и горных пород по генезису

Минералы и горные породы – это продукты геологических процессов.

В зависимости от того, где они (т.е. геологические процессы) происходят (в толще земли или на ее поверхности), а также источника энергии (внутренняя энергия земли или энергии солнца) различают эндогенные (глубинные) и экзогенные (поверхностные) процессы.

Кроме того, при изменении физико-химических условий в недрах земли (вулканическая деятельность, сейсмические процессы и др.) уже возникшие в результате эндогенных и экзогенных процессов минералы и горные породы испытывают метаморфические преобразования. В результате - все известные науке минералы и горные породы по генезису (происхождению) делятся на группы:

 эндогенные (греч.) - рожденные внутри;

 экзогенные(греч.) - рожденные извне;

 метаморфические.

15.2.Эндогенные процессы образования минералов и пород

Схема кристаллизации магмы по Н. Боуэну. Эндогенные процессы образования минералов и пород всегда связаны с деятельностью магмы.

Магмой называется природный, преимущественно силикатный расплав, находящийся в глубинах земного шара, т.е. при огромных давлениях и температурах. Кроме SiO₂, Al₂O₃, CaO, MgO, Na₂O, K₂O, FeO, Fe₂O₃, сульфидов и др. химических элементов, магма содержит много газов: H₂ (водород), О₂(кислород), Cl₂ (хлор) F₂,(фтор), NH₃ (аммиак), CH₄ (метан), H₂S (сероводород), CO (оксид углерода), CO₂ (углекислый газ), хлористые и сернокислые соединения Na, K, Ca, хлористые соединения Fe, Сu, Mn, Pb, летучие соединения В, S, Br, F, P, As, Sb и др.), а также водяные пары. Давление в центральных зонах земного шара составляет 350 млн. кПа.

По химическому составу магму и горные породы (продукты ее кристаллизации) классифицируют на: кислые (65-75% SiO ), средние (55-65% SiO ), основные (40-55%SiO ), ультраосновные(<40% SiO ).

Изучение микроструктуры горных пород позволило выявить общие закономерности кристаллизации силикатной магмы (схема по Н.Боуэну):

Оливин (Mg,Fe)2[SiO4] (силикат с изолированными тетраэдрами [SiO4]4-)	7.Основные плагиоклазы (изоморфные твердые растворы анортита Са[Al2Si2O8] и альбита Na[AlSi3O8] с преобладанием первого.
2.Энстатит Mg2[Si2O6] (ромбические пироксены с анионными группами [SiO3]2-)
3 .Диопсит СаMg[Si2O6] (моноклинные пироксены с анионными группами [SiO3]2-)	8.Средние плагиоклазы
4.Роговые обманки (амфиболы с группами [Si4O11] )
5 .Биотит (слюды с группами [Si4O10] )	9 .Кислые плагиоклазы с преобладанием альбита.
6 .Мусковит (слюды с группами [Si4O10] )
10.Калиевый полевой шпат K[AlSi3O8]
11.Кварц SiO

Поднимаясь из недр земной коры к ее поверхности, магма постоянно дифференцируется, т.е. при изменении термодинамических условий (температуры, давления) из магмы в определенной последовательности выделяются минералы. После поэтапного выпадения каждого минерала в остаточном расплаве постепенно снижается отношение концентрации анионов кислорода к кремнию. Выпавшие минералы (в зависимости от их плотности) могут оставаться в расплаве, опускаться вниз или всплывать вверх. Если обособление минералов происходит в начальные схемы кристаллизации магмы, образуются основные породы, с последними фазами - связаны кислые породы.

Кристаллизация магмы в зависимости от температурных параметров. Процессы кристаллизации магмы очень сложны, но при изучении состава горных пород и минералов, находящихся на различных уровнях земной толщи была введены следующие стадии выделения из магмы эндогенных минералов по температурным параметрам:

1. Собственно магматическая при 1500(800-700)^оС. Кристаллизация магмы происходит в глубинах земной коры, идет очень медленно и приводит к образованию полнокристаллических интрузивных или глубинных горных пород, практически не содержащих стекла.

Во время этой стадии происходит образование гранитов, апатитов, алмазов, платины, руд тяжелых металлов (хрома, никеля, меди, железа)

2. Пегматитовая (800-700)500^оС. Поднимаясь к поверхности земной коры, магма остывает, состав ее изменяется (обедняется одними компонентами и обогащается другими); в результате образуется остаточный силикатный расплав, обычно сильно насыщенный минерализаторами - летучими газовыми компонентами (соединениями F, B, Cl, ОН). Это снижает вязкость магмы, делает ее подвижной, способной проникать в трещины земной коры. Образующиеся при этом пегматитовые жилы характеризуются особенно крупными кристаллами (2-3м длиной) – кварца SiO₂, полевого шпата KAl[Si₃O₈], слюды мусковита KAl₂[Si₃O₁₀](OH)₂.

При одновременной кристаллизации кварца и полевого шпата характерно возникновение пегматитов. Это природная смесь 25% кварца и 75% полевого шпата, которая называется «еврейский камень» (или «письменный гранит»).

Наряду с главными породообразующими минералами- полевым шпатом и кварцем – в пегматитах наблюдается турмалин, мусковит, берилл, топаз, аквамарин, изумруд и редкоземельные элементы: бериллий, тантал, литий, церий, ниобий.

3. Пневматолитическая стадия – при температурах от 500 до 370^оС – это процесс образования минералов из газовой фазы. Газы, содержащиеся в магме, поднимаясь к земной коре, сжижаются, реагируют между собой и с вмещающими их породами отвердевают, образуя минералы – хлориды, фториды, сульфаты.

Так образуется, например, самородная сера:

2H₂S + O₂  2S + 2H₂O

4. Гидротермальная стадия – ниже температуры 370^оС. В составе магматических газов большая роль принадлежит парам воды, которые в смеси с другими газообразными компонентами магмы конденсируются, образуя горячие водные растворы - гидротермы.

Пример образования касситерита

Из отложений этих вод и продуктов взаимодействия их с породами образуются гидротермальные жилы, которые содержат много ценных полиметаллических руд: ZnS (сфалерит), PbS (галенит), CuFeS₂ (халькопирит), сурьмы, самородного золота и серебра, молибдена, олова, висмута.