Породообразующие минералы

К числу главнейших породообразующих минералов относятся полевые шпаты, кварц, слюды, железисто-магнезиальные силикаты, сульфаты и карбонаты.

Полевые шпаты

Различают калиевые (ортоклаз, микроклин) и натриево-кальциевые полевые шпаты (плагиоклазы).

Ортоклаз - калиевый полевой шпат K[AlSi₃0₈] розово-красного цвета, имеющий две плоскости спайности, расположенные под прямым углом друг к другу, откуда произошло его название.

Разновидностью калиевых полевых шпатов является микроклин (греч. "микрос" - маленький и "клинайн" - угол, что характеризует малый угол между плоскостями спайности). Это минерал белого, желтого или красного цвета, имеющий чаще всего кристаллы призматической формы.

Плагиоклазы - ряд натриево-кальциевых алюмосиликатов от белого до темно-серого цвета, минералы которого представляют собой изоморфную смесь альбита Na[AlSi₃0₈] и анортита Ca[AlSi₂0₈]. Процентное содержание альбита и анортита в плагиоклазе определяет его название. Так, например, по содержанию анортита, %: различают альбит (1-10), олигоклаз (11-30), андезин (31-50), лабрадор (51-70), битовнит (71-90) и анортит (91-100).

Блеск у полевых шпатов стеклянный, твердость 6-6,5, спайность совершенная по двум направлениям, истинная плотность 2500-2700 кг/м³. Являясь породообразующими компонентами, полевые шпаты увеличивают твердость и прочность пород, поэтому полевошпатовые разновидности последних широко используются в строительстве и в промышленности строительных материалов.

Кварц

Кварц (SiO₂) встречается в виде трех главных модификаций: α - кварца, тридимита и кристобалита. Образование кварца связано как с магматическими процессами в недрах земли, так и выпадением из холодных растворов на ее поверхности.

α -кварц, который называют просто, кварцем, устойчив при температуре ниже 573 °С, тридимит устойчив при 870-1470 °С, а кристобалит – при температуре ниже 1713°С. Свойства этих модификаций зависят от неплотной упаковки ионов кислорода в кремнекисло-родных каркасах: α -кварц значительно плотнее (2,60), чем тридимит (2,30) и кристобалит (2,27 г/см³), и тверже, чем последние.

Обычный цвет кварца – молочно-белый или серый. Прозрачную кристаллическую разновидность кварца называют горным хрусталем, черную – морионом, фиолетовую – аметистом. Блеск у минерала стеклянный, спайность весьма несовершенная, излом раковистый. Скрытно-кристаллический кварц с мутно-жирным блеском может быть красноватым (сердолик), полосатым (агат), зеленым (хризопраз).

Кварц является химически стойким минералом и накапливается в виде мощных осадочных отложений (пески, песчаники). Он один из наиболее распространенных минералов земной коры, входящий в состав гранитов, кварцитов, песчаников и др.

Слюды

Слюды – группа минералов, представляющих собой алюмосиликаты слоистой структуры и обладающих весьма совершенной спайностью в одной плоскости, т. е. способных расщепляться на тончайшие пластинки (листочки), что отличает их от других минералов. Блеск у них стеклянный, твердость – 2,5-3, размер пластинок – до 1,5 мм.

Слюды входят в состав многих изверженных, осадочных и метаморфических пород. Наиболее распространены два вида слюд: биотит K(Mg,Fe)₃[Si₃AlO₁₀][OH,F]₂ – черная железисто-магнезиальная слюда с истинной плотностью 3,0-3,3 г/см³ и мусковит KAl₂[AlSi₃O₁₀][OH]₂ – прозрачная калиевая слюда с истинной плотностью 2,77-3,10 г/см³. При выветривании слюды расслаиваются, снижая тем самым прочность горных пород и ускоряя их разрушение.

Гидрослюды – слюдоподобные минералы, содержащие значительное количество связанных молекул воды. Они являются результатом выветривания мусковита, биотита и других минералов группы слюд.

Среди гидрослюд наибольшее практическое значение имеет вермикулит (твердость 1-1,5, плотность 2,4-2,7 г/см³, совершенной спайности – способен разделяться на тонкие гибкие неупругие пластинки. При температуре около 1000 °С его молекулярная вода превращается в пар с образованием внутреннего давления, которое расслаивает слоистые пакеты, что сопровождается вспучиванием вермикулита с сильным (в 15-25 раз) увеличением объема и уменьшением средней плотности до 100-300 кг/м³. Вспученный вермикулит является хорошим теплоизоляционным и звукопоглощающим материалом.

Железисто-магнезиальные силикаты

Эти минералы отличает повышенная истинная плотность (3,20-4,35 г/см³), а также высокая ударная вязкость, твердость 5,5-7; цвет - от темно-зеленого до черного, в зависимости от наличия железа в их составе. Наиболее распространенные минералы этой группы: пироксены, амфиболы, оливин.

Характерный представитель пироксенов - авгит Ca(Mg,Fe)[Si₂0₆], в большом количестве входящий в состав габбро. В ряду амфиболов наиболее значительный минерал роговая обманка -имеет стеклянный блеск, цвет от зеленого до бурого; в небольших количествах входит в состав гранитов. Оливин (Mg,Fe)Si0₄ - минерал оливково-зеленого цвета, имеет стеклянный жирный блеск, раковистый излом, спайность несовершенную. Оливин входит в состав диабазов, базальтов, из него почти целиком состоят дуниты.

Сульфаты

Основой структуры сульфатов являются тетраэдрические анионные группы (S0₄)^2- (типа рис 3.6а), которые, связываясь друг с другом с помощью различных катионов, молекул воды и др., образуют разнообразные островные, каркасные, цепочечные, слоистые (рис. 3.6б) структуры. Сульфаты характеризуются невысокой твердостью и прочностью, высокой спайностью, светлой окраской.

Гипс CaS0₄-2H₂0 - кристаллический минерал, обычно слагающий в природе огромные мраморовидныс скопления гипсовых пород. Он имеет белый цвет с разнообразными оттенками, стеклянный, иногда матовый блеск, малую твердость (1,5-2), низкую плотность (2,3 г/см³), весьма совершенную спайность и листоватый излом, отличается хрупкостью. Хорошо растворим в воде с максимумом растворимости при температуре 37-38 °С и понижением ее до минимума при 107 °С и выше, что объясняется образованием нового соединения - полугидрата CaSO₄ 0,5H₂O. Гипс относится к типичным химическим осадкам и образует горную породу - гипсовый камень, который с ангидритом широко используется для получения вяжущих веществ.

Ангидрит CaS0₄ - безводная и более твердая разновидность гипса, внешне напоминающая мрамор. Является кристаллическим минералом голубовато-белого цвета со стеклянным блеском, имеет невысокую твердость (3,0-3,5), плотность - около 3 г/см³, совершенную спайность и листоватый излом. Легко присоединяет в природных условиях воду, переходя в гипс с сильным (до 30 %) увеличением объема. Является породообразующим компонентом в породах одноименного названия.

Барит (тяжелый шпат) BaS0₄ - минерал с таблитчатой формой кристаллов, образует грубозернистые плотные массы белого и серого цвета со стеклянным блеском, невысокой твердостью (2,5-3,5), совершенной спайностью, неровным изломом и характерной для него хрупкостью. Отличается слабым пропусканием рентгеновских лучей, вследствие чего используется для производства специальных бетонов, а также для керамики, в химической промышленности.

Карбонаты

Основой кристаллической структуры карбонатов служат комплексные анионы (С0₃)^2- которые, связываясь друг с другом, образуют цепочечные, слоистые или каркасные структуры. В кристаллических решетках они участвуют как самостоятельные элементы, не распадающиеся даже при растворении минерала.

Кальцит СаС0₃ - основной представитель класса карбонатов, один из наиболее распространенных минералов в земной коре. Встречается в виде кристаллов различной формы, бесцветных и молочно-белого цвета с разными оттенками. Блеск стеклянный, твердость - около 3, плотность - 2,6-2,85 г/см³, обладает совершенной спайностью (по трем плоскостям) и ровным изломом.

Кальцит слаборастворим в воде, но под влиянием углекислоты, часто содержащейся в воде (например, грунтовой), он переходит в бикарбонат кальция: СаС0₃+Н₂0+С0₂ = Са(НС0₃)₂, который растворяется в воде примерно в 100 раз лучше, чем сам кальцит. Поэтому породы, содержащие кальцит, быстро разрушаются при контакте с водой, насыщенной углекислотой. Входит в состав известняков, мраморов и др.

Магнезит MgC0₃ - минерал, близкий по свойствам к кальциту, но значительно реже встречающийся в природе. Твердость 3,5-4, плотность 3,0 г/см³. В природе встречается в виде сплошных мраморовидных и плотных масс, которые имеют большое промышленное значение, особенно при производстве высокоогнеупорных изделий. Слагает идентичную горную породу.

Доломит CaC0₃MgC0₃ - карбонат серовато-белого цвета с различными оттенками, по свойствам занимающий промежуточное положение между кальцитом и магнезитом. Блеск стеклянный, твердость 3,5-4, спайность совершенная, плотность 2,80-2,95 г/см³. Доломит широко распространен в природе как породообразующий компонент доломитов и доломитизированных известняков.

Горные породы

Все горные породы образовались из магмы - сложного силикатного расплава, находящегося под земной корой в условиях высокой температуры. По происхождению (см. рис. 3.7), связанному с условиями образования, горные породы классифицируются на:

● изверженные или магматические (первичные);

● осадочные (вторичные);

● метаморфические (видоизмененные).

Изверженные горные породы образовались непосредственно из магмы в результате ее охлаждения и застывания и слагают около 90 % земной коры. В зависимости от условий остывания магмы, среди изверженных пород различаются глубинные, или интрузивные (лат. intrusio - внедрение) и излившиеся, или эффузивные (лат. effusio - излияние).

Рис. 3.7. Схема происхождения горных пород в земной коре

(диагенез (от греч. dia - приставка, означающая здесь завершённость действия, и...генез) –преобразование осадка в собственно осадочную породу; метаморфизм - геол., изменения, претерпеваемые горными породами уже после их образования, притом настолько глубокие, что получается новая порода, называемая метаморфической.)