Происхождение осадочных горных пород

Введение

Горные породы — природные минеральные агрегаты, слагающие литосферу земли в виде самостоятельного геологического тела. Традиционно под горной породой подразумевают только твёрдые тела, в широком понимании к горным породам относят также воду, нефть и природные газы. Согласно современным представлениям, горные породы сложены верхней оболочкой планет земной группы, а также Луной и астероидами.
Термин "горная порода" впервые ввёл в геологическую литературу русский геолог В. М. Севергин (1798). Науки, изучающие горные породы, — петрография, литология, петрофизика и физика горных пород.
Состав, строение, структура, текстура и условия залегания горных пород находятся в причинной зависимости от формирующих их геологических процессов, происходящих в определенных физико-химических условиях. Горные породы могут слагаться как одним минералом, так и их комплексом. В природе известно свыше 3000 минералов, однако число породообразующих минералов невелико (40-50). Реальные сочетания этих минералов определяются физико-химическими процессами породообразования и геохимическими законами распространения породообразующих элементов.
Все горные породы обладают комплексом морфологических особенностей, которые объединены в понятия структуры горных пород и текстуры горных пород. Наряду с химическим и минеральным составом структура и текстура являются важнейшими диагностическими признаками горных пород.
По происхождению горные породы делят на три класса: осадочные горные породы, магматические горные породы и метаморфические горные породы. Магматические и метаморфические горные породы слагают около 90% объёма земной коры, остальные 10% приходятся на долю осадочных, которые, однако, занимают около 75% площади земной поверхности. Практически все горные породы могут быть использованы как полезные ископаемые. К рудам относят горные породы с кондиционным содержанием ценных компонентов. С развитием технологии (и изменением кондиций) всё большее число горных пород вовлекается в промышленное производство (например, при получении глинозёма из плагиоклаза рудой является такая распространённая на Земле горная порода как анортозит). Большинство горных пород применяется в народном хозяйстве в качестве строительного и горно-химического сырья.

Осадочные горные породы — горные породы, возникшие путём осаждения вещества в водной среде, реже из воздуха и в результате деятельности ледников на поверхности суши, в морских и океанических бассейнах. Осаждение может происходить механическим путём (под влиянием силы тяжести и изменения динамики среды), химическим (из водных растворов при достижении ими концентраций насыщения и в результате обменных реакций), а также биогенным (под влиянием жизнедеятельности организмов). В зависимости от характера осаждения осадочные горные породы разделяются на обломочные, химические и органогенные (биогенные).
Источником вещества для образования осадочных горных пород являются: продукты выветривания магматического, метаморфического и более древних осадочных пород, слагающих земную кору; растворённые в природных водах компоненты; газы, различные вещества, возникающие при жизнедеятельности организмов; вулканогенный материал (твёрдые частицы, выброшенные вулканами, горячие водные растворы и газы, выносимые вулканическими извержениями на поверхность Земли и в водные бассейны). В современных океанических осадках (красная глубоководная глина, ил и др.) и в древних осадочных породах встречается также космический материал (мелкие шарики никелистого железа, силикатные шарики и т.п.).
Кроме того, в составе осадочных горных пород, как правило, присутствуют органические остатки (растительного и животного происхождения), синхронные времени их образования, реже более древние (переотложенные). Некоторые осадочные горные породы (известняки, угли, диатомиты и др.) целиком сложены органическими остатками. Размер частиц (зёрен), их форма и взаимное сочетание определяют структуру осадочных горных пород.

1) выравнивание текста должно быть по ширине;

2) весь текст должен быть одного цвета (без выделения красным);

3) ВВЕДЕНИЕ пишется заглавными буквами, без выделения жирным;

4) нет отступов в начале абзацев.

Глава 1

Происхождение осадочных горных пород

а должно быть:

ПРОИСХОЖДЕНИЕ ОСАДОЧНЫХ ГОРНЫХ ПОРОД

Осадочные горные породы образуются на поверхности Земли, т.е. в зоне взаимодействия земной коры с атмосферой и гидросферой, из осадков, которые накапливаются преимущественно в водной среде (озерах, реках, морях, океанах), реже на суше. Горной породой является обычно осадок, претерпевший консолидацию — отвердение. Однако горные породу могут быть представлены и неконсолидированными (рыхлыми) осадками; например, глинами, песками, галечниками. Только илы — тонкозернистые неконсолидированные водонасыщенные осадки — не являются горной породой.
Осадочные горные породы слагают верхнюю слоистую оболочку земной коры. Эта оболочка прерывистая, так как существуют испытывающие продолжительные поднятия участки земной коры, на которых осадки не накапливаются. Мощность слоистой осадочной оболочки колеблется от нескольких десятков метров до 15-20 км. Совокупность процессов образования осадочных пород называется литогенезом.

Литогенез (назв. от греч. литос- "камень" и генезис- происхождение ) - совокупность природных процессов образования и последующих изменений осадочных горных пород. Главные факторы литогенеза - тектонические движения земной коры и климат. Понятие о литогенезе впервые было введено в 1893-94 гг. И. Вальтером, который выделил в процессе образования осадочных пород 5 основных фаз: выветривание горных пород, денудация (включая перенос исходного материала осадков), отложение, диагенез и метаморфизм.

Выветривание

Не выделяй жирным

Выветриванием называется совокупность процессов физического и химического разрушения горных пород и минералов. Немаловажную роль при этом играют живые организмы. Выделяют два главных типа выветривания: физическое и химическое.

1. Физическое выветривание ведет к последовательному дроблению горных пород на все более мелкие обломки. Его можно разделить на две группы процессов: выветривания термического и механического.

Термическое выветривание происходит в результате резких суточных перепадов температуры, ведущих к расширению пород при нагреве и сжатию при охлаждении. Таким образом, на интенсивность разрушения горных пород влияют:
- величина суточного перепада температуры;
- минеральный состав горных пород;
- окраска горных пород;
- размер слагающих горные породы минеральных зерен.

Полиминеральные горные породы (граниты, гнейсы) разрушаются быстрее, так как у разных минералов, входящих в их состав, неодинаковые величины коэффициентов объемного расширения, в силу чего постепенно нарушается сцепление минеральных зерен и порода рассыпается на отдельные обломки (процесс дезинтеграции). Кроме того, быстрее разрушаются породы крупнокристаллические, а также темноцветные (они сильнее нагреваются, следовательно, испытывают больший суточный перепад температур). Наиболее интенсивно температурное выветривание идет на обнаженных высокогорных вершинах и склонах, а также в зоне пустынь, где, в условиях низкой влажности и отсутствия растительности, суточный перепад температур на поверхности горных пород может превышать 60° С. При этом наблюдается процесс десквамации (шелушения) скальных выступов, выражающийся в послойном отделении параллельных поверхности выступа чешуй и пластин горных пород.

Механическое выветривание осуществляется замерзающей водой, а также живыми организмами и ново образующимися минеральными кристаллами. Максимально значение замерзающей в порах и трещинах горных пород воды, которая при этом увеличивается в объеме на 9 - 10% и расклинивает породу на отдельные обломки. Такое выветривание называют морозным. Оно наиболее активно при частых (суточных) переходах температуры через 0° С, наблюдается в высоких и умеренных широтах и выше снеговой границы в горах. Расклинивающее воздействие на горные породы оказывают также корни растений, роющие животные и растущие в порах и трещинах горных пород кристаллы минералов.

2. Химическое выветривание ведет к изменению минерального состава горных пород или полному их растворению. Важнейшими факторами здесь выступают вода, а также содержащиеся в ней кислород, угольная и органические кислоты. Наибольшая активность процессов химического выветривания наблюдается во влажном и жарком климате. Такие природные условия способствуют постоянному разложению огромного объема растительных останков, что ведет к накоплению угольной и органических кислот, а значит, к росту содержания химически активных ионов водорода. Процессы химического выветривания осуществляются благодаря реакциям гидролиза, окисления, гидратации и растворения.

Гидролиз имеет особое значение при выветривании минералов класса силикатов и алюмосиликатов, когда в результате воздействия содержащей углекислоту воды возникают новые, более устойчивые к создавшимся условиям соединения, часть из которых может остаться на месте, а часть будет вынесена водой. При этом кристаллическая решетка минералов перестраивается или замещается новой. Таким путем идет последовательное разложение полевых шпатов в гидрослюды и в каолинит. При высоких температурах и влажности каолинит разлагается до наиболее устойчивых гидроокислов алюминия. Следовательно, на месте богатых алюмосиликатами пород возникают месторождения каолинита и алюминиевых руд.Окисление наиболее активно проявляется в тех минералах, которые содержат закисные соединения железа, марганца и других металлов. Например, в кислой среде происходит последовательное замещение сульфидов сульфатами, а затем окислами и гидроокислами. Так, в результате выветривания пирита (FeS2) на поверхности месторождения может возникнуть «железная шляпа», состоящая из лимонита (Fe2O3 х nH2O).

Гидратация заключается в образовании новых минералов за счет присоединения воды к исходным минералам. Это может проявляться при переходе ангидрита (CaSO4) в гипс (CaSO4 х 2H2O) или гематита (Fe2O3) в лимонит (Fe2O3х nH2O).

Растворение интенсивнее всего идет в осадочных породах хлоридного, сульфатного и карбонатного состава. Легче всего растворяются хлориды, затем сульфаты. Но наибольшим распространением в составе земной коры отличаются карбонатные породы, растворение которых привело к широкому развитию карстовых форм.

Интенсивность выветривания зависит от состава и исходной трещиноватости пород, в результате чего выветривание может носить избирательныйхарактер, что ведет к первоочередному разрушению неустойчивых блоков и контрастному выделению в рельефе устойчивых массивов горных пород.
В результате выветривания на земной поверхности формируется особый генетический тип отложений – элювий - слой рыхлых неперемещенных продуктов выветривания. Состав и мощность элювия определяются составом первичных горных пород и временным фактором, а также характером процессов выветривания, который, в первую очередь, зависит от климата. Следовательно, в развитии процессов выветривания наблюдаются сезонная ритмичность и широтная зональность.

Корой выветривания называют совокупность элювиальных образований верхней части земной коры. Формирование мощных кор выветривания происходит за длительный промежуток времени на сложенных полиминеральными магматическими и метаморфическими породами равнинных территориях во влажном и жарком климате, способствующем бурному развитию растительности. Согласно Б. Б. Полынову и И. И. Гинзбургу в развитии коры выветривания на поверхности магматических пород можно выделить четыре основных стадии.

Обломочная – в результате господства физического выветривания на поверхности накапливаются обломки исходных пород.

Сиаллитная обызвесткованная (Si, Al) – протекает в начале химического выветривания, когда благодаря гидролизу и гидратации силикатов и алюмосиликатов возникают гидрослюды, монтмориллонит, бейделлит и другие минералы. Одновременно происходит частичный вынос щелочных катионов Ca, Na.

Кислая сиаллитная – карбонаты, возникшие при взаимодействии катионов с углекислотой, выносятся. Глубокие изменения кристаллохимической структуры силикатов ведут к образованию таких глинистых минералов, как каолинит и нонтронит.

Аллитная – силикаты полностью разрушаются, вместо них на поверхности формируются самые устойчивые соединения: окислы и гидроокислы железа, алюминия и кремния (гетит, гидрогетит, гиббсит и др.).

Таким образом, можно говорить и о вертикальной зональности в строении кор выветривания. На равнинных территориях во влажных или переменно-влажных условиях жаркого термического пояса в вертикальном разрезе коры выветривания обычно представлена следующая последовательность элювиальных образований. Нижняя часть сложена корой обломочного типа. Выше залегает гидрослюдисто-монтмориллонитово-бейделлитовая кора. Еще выше находится содержащая гидроокислы алюминия и железа каолинитовая или нонтронитовая кора (возникающие при выветривании соответственно кислых или основных пород). На самой поверхности расположена красноцветная латеритная (панцирная) кора, насыщенная гидроокислами железа и алюминия, придающими ей в сухом состоянии твердость обожженного кирпича.

Необходимо отметить, что по времени образования коры выветривания разделяют на современные и древние. В современных корах вертикальная дифференциация элювия практически не выражена, мощность его мала, на поверхности развивается почвенный покров. Наибольшее практическое и теоретическое значение принадлежит древним корам выветривания, изучение которых позволяет реконструировать палеогеографические условия их формирования. В них же содержатся и огромные запасы минерально-сырьевых ресурсов: боксита, гематита, малахита, каолинита, россыпи редких и драгоценных металлови камней.

По характеру распространения древние коры выветривания бывают площадными и линейными. Площадные коры возникают на равнинных территориях в тектонически спокойных условиях, имеют большую площадь, мощность в десятки метров, обладают выраженной вертикальной зональностью. Линейныекоры выветривания, достигающие толщины в 100 – 200 м и более, представлены в горных областях, а также в пределах складчатого основания равнин.

Денудация

Денудация (от лат. denudatio - "обнажение") - совокупность процессов сноса продуктов разрушения горных пород, создаваемых в основном выветриванием. Одним из видов является эрозия.

Главными агентами денудации являются сила тяжести, текучие воды, ветер, движущиеся ледники. Процессы денудации наиболее интенсивно проявляются на возвышенных участках суши, называемых областями денудации, и приводят к постепенному выравниванию земной поверхности, к разрушению целых горных систем и превращению их в денудационные равнины.

На темпы и характер денудации большое влияние оказывают тектонические движения. Формирование рельефа суши зависит от соотношения процессов денудации и движения земной коры. Преобладание разрушения и денудации над процессами тектонического поднятия приводит к постепенному снижению абсолютных и относительных высот и общему нивелированию рельефа. В результате длительной денудации целые горные системы превращаются в волнистые денудационные равнины (пенеплены). Вследствие денудации могут возникать слабо наклоненные равнины, образующиеся преимущественно в семиаридных и аридных условиях (педименты). Такие денудационные равнины образуются путём слияния педиментов в тропической Африке в области саванн (педиплены) и др. Интенсивность денудации определяется количеством наносов, выносимых реками, ледниками, ветром за единицу времени. Денудация вскрывает месторождения полезных ископаемых, формировавшихся при осадконакоплении или магматической деятельности в земной коре на различных глубинах. Денудация приводит к перераспределению полезных ископаемых – образованию россыпей и залежей осадочных полезных ископаемых.

Метаморфизм

Процессы, происходящие внутри Земли, — движение и физико-химические изменения магмы, глубинный и поверхностный вулканизм, тектонические напряжения, энергия землетрясений и другие эндогенные силы — вызывают преобразование горных пород, слагающих земную кору. Эти преобразования еще в 1825г. были названы Ч. Ляйеллем метаморфизмом; таким образом метаморфизм – это изменение и преобразование горных пород под влиянием эндогенных сил или точнее в связи с изменением условий существования горных пород ( изменение температуры, давления и т. п.).
В процессе метаморфизма горная порода часто изменяет не только свой внешний облик, структуру и текстуру, но и состав (в скобках должна быть ссылка на рисунок (рис.1)).

Рис. 1 Где название?

Главными факторами метаморфизма являются температура, давление, растворы и газы, выделяющиеся из магмы. Обычно эти факторы действуют одновременно, но преобладающим является какой-нибудь один; он и определяет тип метаморфизма. Метаморфизм, связанный с изменением давления, называется динамометаморфизмом, с изменением температуры — термометаморфизмом, а метаморфизм, связанный с газами и парами, — соответственно пневматолитовым и гидротермальным метаморфизмом.
При динамометаморфизмевсе округлые части породы (например, гальки в конгломератах) сдавливаются и превращаются в линзообразные включения, зерна породы также раздавливаются в направлении, перпендикулярном к направлению давления, происходит переориентировка всех вытянутых и плоских минералов длинными осями в одном направлении, перпендикулярном давлению. При этом порода как бы разделяется на множество тонких чешуек, или пластинок, которые часто скользят друг по другу, плоскости их вследствие трения пришлифовываются и индивидуальность чешуек выступает еще более отчетливо. Так возникает сланцеватая текстура, и вся порода превращается в сланец. Давление, переориентировка минералов и трение вызывают повышение температуры, происходит частичная перекристаллизация минералов, изменение их формы и размеров.
При термометаморфизме главную роль играет повышение температуры. При разогревании породы происходит перекристаллизация вещества. В этом процессе часто принимает участие вода, которая, превращаясь в пар и вступая в реакции, способствует образованию новых минералов.
Термальный метаморфизмочень четко проявляется на контактах с интрузиями, температура которых часто превышает 1000° Остывание интрузий идет очень медленно, поэтому происходит значительный прогрев вмещающих пород.
Пневматолитовый и гидротермальный метаморфизмспособствует образованию в породе многочисленных новых минералов, а так как воздействие газов и паров воды совершается обычно в условиях повышенной температуры, то в породе одновременно происходит перекристаллизация первичного вещества, которое вступает в реакцию с вновь принесенными в парах, газах или воде элементами.
В результате пневматолитового и гидротермального метаморфизма сильно изменяются не только структура и текстура породы, но и ее химический состав.
Преобразования породы в процессе метаморфизма бывают настолько сильны, что первоначальный характер породы становится почти неузнаваемым.
Очень часты при метаморфизме, особенно пневматолитовом и гидротермальном, случаи замещения одних минералов другими— это явление называется метасоматозом.Так, например, кремнекислые растворы, идущие от магмы, могут заместить карбонат кальция в известняковой породе и тогда известняк сначала становится кремнистым, а затем может превратиться в кварцит.
Большое значение при метасоматозе играет вода, так как она облегчает перенос вещества и, растворяя и выщелачивая неустойчивые компоненты вмещающей породы, способствует образованию полостей, в которых отлагаются вновь приносимые элементы. Такие полости бывают иногда очень малы — типа пор между отдельными минералами.
Причинами метаморфизма может быть внедрение магмы в верхние части земной коры и общее возрастание температуры и давления при погружении горных пород на большую глубину. В зависимости от причин, вызвавших метаморфизм, различают его отдельные типы: контактовый, региональный и ультраметаморфизм.Таким образом, получается классификация видов метаморфизма, основанная на другом принципе, чем выделение типов метаморфизма по факторам (температура, давление и т. П.).

Изучение метаморфических пород представляет большой практический интерес, так как с этими породами связано огромное количество важнейших полезных ископаемых. Крупнейшие месторождения железа (Криворожское, Курская магнитная аномалия и др.) связаны с регионально метаморфизованными породами. Многочисленные месторождения руд железа (магнетит и гематит), полиметаллов (меди, свинца и цинка), редких металлов (шеелита, молибденита, оловянного камня) связаны с зонами контактово-пневматолитового метаморфизма. Таковы многие месторождения Урала, Алтая и др. Крупнейшие месторождения меди во вторичных кварцитах (Казахстан) обязаны своим происхождением также контактовому метаморфизму.
Особенно многочисленны месторождения, связанные с гидротермальным метаморфизмом (месторождения полиметаллов, золота и т. П.). Многие метаморфические породы сами по себе являются полезными ископаемыми и используются как строительный и декоративный камень; так, например, стены Московского метрополитена облицованы различными метаморфическими породами: мраморами Урала, Кавказа и Алтая, гнейсами, яшмами и др. Широко применяются метаморфические породы для сооружения памятников, пьедесталов, колонн и т. П.

происхождение осадочных горных пород - student2.ru
Рис. 2