Свойства минералов и условия их образования
Минералами называют твёрдые природные тела, имеющие в своей основе кристаллическую структуру и некий химический состав. Как правило, они являются частью различных руд, горных пород и метеоритов.
Минералы по своей сути довольно похожи (имеется ввиду химический состав), но вот по цвету, размерам, форме и другим признакам они очень сильно отличаются друг от друга. Однако, существуют группы минералов, имеющие сходство не только по составу, но и по многим признакам. В таком случае их относят к какой-либо минеральной разновидности.
То есть, это значит, что некая группа минералов является вариацией одного конкретного вида. Примером могут служить цитрин, аметист и халцедон, являющиеся разновидностями кварца.
Процессы образования минералов
Образование минералов – это очень долгий процесс. Порою, необходимо, чтобы прошли тысячелетия до того, как будет сформирован этот удивительный образец творения природы. К слову, самым древним образцом является кусочек циркония, возраст которого составляет 4,4 миллиарда лет.
Хотя это вовсе и не означает, что для его образования понадобилось столько времени.
Минералы могут быть образованы различными способами, их все можно разделить на три группы:
- Эндогенные процессы. Другими словами, глубинные. Как можно догадаться, к этой группе относят процессы, происходящие на большой глубине (вероятно, в земной мантии), под влиянием высокой температуры и огромного давления. Если кратко, то расплавленная магма поднимается выше к земной поверхности, где температура земли понижается, из-за чего магма застывает. Так образуются горные породы, ну а после, в различных трещинах и пустотах откладываются химические вещества, которые после и становятся минералами.
- Экзогенные процессы. Это значит – поверхностные. Представляет собой эта группа те процессы, которые происходят с горными породами на земной поверхности. И могут быть они самыми разными, ведь сил, воздействующих на природные тела, очень много. Наиболее известным, например, является выветривание. Также минералы образуются под воздействием воды (к примеру, когда разрушенные породы откладываются на дне водоёмов в виде осадков). В результате этого образуются минералы, устойчивые к этим самым воздействиям. Эволюция такая получается.
- Метаморфические процессы. К этому типу относят процессы, при которых уже образованные минералы подвергаются некому воздействию, из-за чего возникают новые их виды.
Физические свойства минералов
Свойств, по которым различают минералы, довольно много. Основными можно назвать цвет, твёрдость, плотность, хрупкость, магнитность. Разумеется, это даже не половина их, но смысла перечислять все нет.
Как говорится, на вкус и цвет все минералы разные. При нахождении подобных природных тел, их свойства тщательно изучаются, после чего делается заключение, к какой разновидности он относится.
Определить лишь по одному внешнему виду это бывает очень сложно.
Иногда в природе встречаются экземпляры, представляющие собой сплавленные в один минералы. Их нельзя отнести к конкретному виду, а также они не обладают симметрией.
Такие образования называют минеральными агрегатами. Каждая отдельная часть агрегатов (ну если её отпилить) называется минеральным индивидом.
А скопления множества минеральных агрегатов, каждый из которых имеет свою границу, именуют минеральными телами.
Интересные факты о минералах
Некоторые минералы могут иметь жидкую форму. Например, лёд – это тоже минерал, а вот вода, которая образуется при таянии льда, к минералам уже не относится.
А бывает и так, что минералом называют жидкость.
Примером тому является самородная ртуть, она принимает кристаллическое состояние только при температуре −38 °C, но даже находясь в жидком состоянии, и не имея кристаллической структуры, относится к минералам.
Среди тысяч известных видов минералов, существует один, обладающий уникальными свойствами. Это Путнисит. Его химический состав настолько необычен, что, как с восторгом говорят учёные, не имеет связей ни с одним из известных видов. В его состав входят кислород, водород, стронций, хром, кальций, сера и углерод, что подтверждает его земное происхождение, и это весьма удивительно.
Пещеры минералов
Особую ценность представляют пещеры, сплошь состоящие из минералов. Они являются достоянием и, как правило, тщательно оберегаются. В такие пещеры можно попасть лишь в сопровождении опытных инструкторов, поскольку в них, как правило, всё довольно хрупкое. Разрушить некоторые природные тела можно даже простым прикосновением.
Источник: https://naturae.ru/planeta-zemlya/obrazovanie-mineralov.html
Генезис минералов
В геологии происхождение каких – либо геологических образований, например минералов, обозначают понятием «генезис». Условия, в которых образуются минералы в земной коре, отличаются большим разнообразием и сложностью. Различают три основных процесса минералообразования, три основных типа генезиса: эндогенный, экзогенный и метаморфический.
Эндогенный процесс
Эндогенный процесс связан с условиями существования глубинных слоёв земной коры. Минералы формируются из магмы – силикатного огненно – жидкого расплава. В целом эндогенный процесс можно разделить на три вида минералообразования:
1) Магмагенный
2) Гидротермальный
3) Пневматолитовый
Магмагенное образование минералов связано непосредственно с магмой. По мере понижения температуры магмы при подъёме её к поверхности Земли возникают:
ь Дифференциация расплава
ь Кристаллизация и затвердение.
Всё это происходит при наличии в расплаве и окружающих породах высоких температур и давления. Таким путём образуется около 370 минералов, это главным образом силикаты полевых шпатов. Слюд, а также некоторые рудные минералы.
Гидротермальное образование минералов: при остывании магмы образуется ювенильная (магматическая) вода, чрезвычайно насыщенная различными компонентами. Эти водные растворы растекаются по трещинам пород.
Окружающих массив остывающей магмы при постепенно снижающихся температурах и давлении, что приводит к последовательному осаждению из растворов различных минералов.
Таким путём образуются кальцит, барит, флюорит, самородные элементы (серебро, золото, ртуть), сульфиды (пирит) и другие.
Пневматолическое образование минералов: при остывании магмы идёт бурное выделение газовых компонентов, таких. Как сероводород H2S, фтористый водород HF, а также выпадают бор В, фосфор Р, сера S и другие. Далее в условиях более низких температур они образуют, иногда минуя жидкое состояние, кристаллические минералы: самородную серу, боросодержащие минералы и некоторые другие.
Эндогенные минералы являются породообразующими в магматических горных породах. Много их входит и в состав горных осадочных пород, куда они попадают после разрушения магматических горных пород в процессе выветривания.
Экзогенный процесс
Экзогенный процесс образования минералов свойствен поверхности и самой верхней части земной коры.
Минералы здесь образуются как в континентальных, так и в морских условиях, в тесном контакте и взаимодействии между собой земной коры, атмосферы, гидросферы и биосферы.
В сложных процессах минералообразования принимают участие кислород, углекислота из воздуха атмосферы, различного состава водные растворы, живые растительные и животные организмы, их остатки и продукты жизнедеятельности, колебания температур, солнечная энергия.
Многообразие условий в экзогенном процессе можно разделить на три основных вида минералообразования:
1) Разрушение одних и создание других минералов
2) Выпадение из водных растворов
3) Биогенное формирование
Первый вид – разрушение одних и создание других минералов происходит на поверхности земной коры в результате процесса выветривания. Магматические минералы, как и магматические горные породы, на поверхности Земли в течение миллионов лет, т.е.
в пределах геологического времени, распадаются на составные части , и из продуктов их разрушения формируются новые минералы, устойчивые в данных условиях. Характерными для таких условий являются глинистые минералы, которые широко распространены на земной поверхности, а также минералы, относящиеся к оксидам, карбонатам и сульфатам.
В качестве примера можно назвать следующие минералы: из глинистых – каолинит Al4 [Si4O10] (OH)8; оксидов – кварц; карбонатов – кальцит; сульфатов – гипс.
Второй вид – выпадение минералов из водных растворов (моря, океаны, озера, реки, подземные воды и вновь созданные водохранилища). В образовании минералов исключительная роль принадлежит воде. Водный раствор служит минералообразующей средой, поэтому воду иногда образно называют универсальным катализатором.
Проблема воды в минералах – важная составная часть общей проблемы формирования в эволюции вещества земной коры во времени и пространстве. Диапазон минералообразования огромен – от гигантских залежей галита, гипса, боратов.
Возникших в неглубоких водоёмах, до крохотных кристаллов на поверхности окисляющихся руд и громадных подземных пещер с гипсовыми и кальцитовыми сталактитами и сталагмитами, массивными колоннами.
Натечные образования делают пещеры очень красивыми.
Все природные воды содержат в растворённом виде соли, иногда в очень большом количестве, вплоть до полного насыщения. Так, в воде океанов присутствуют хлориды и сульфаты натрия, калия, магния, кальция (до 35 гл), в соляных озёрах – хлориды и сульфаты магния и частично натрия и калия, в речной, озёрной воде и водохранилищах – в основном углекислые соли.
Выпадение солей из растворов происходит в периоды интенсивного испарения воды, а также при температурных изменениях в водном растворе. Таким путём формируются минералы: гипс CaSO4*2 H2O, галит NaCl, мирабилит Na2SO4 *10 H2O.
Минералы, рождающиеся в водной среде (или за счёт водной среды), имеют различную деятельность жизни. Это зависит от условий их обитания. Образуясь в водной среде и попав в сухие условия, они могут сохраняться многие годы. Попав снова в водную среду, они растворяются, но в последствии могут вновь родиться, как минералы, но при этом утрачивают первоначальные признаки и приобретают новые.
Минералы, которые быстро рождаются в водной среде и также легко растворяются в ней, называют сезонными. Этим термином подчёркивается их недолговечность, временное бытие.
Среди сезонных минералов можно выделить следующие минеральные виды:
1) Связанные с осаждением вещества из холодных и термальных водных растворов
2) Являющиеся следствием реакций замещения в сухом виде
3) Сублимированные (путём возгонки) вещества, переходящие при нагревании непосредственно из твёрдого в газообразное состояние.
В природе преобладают первые. Это преимущественно сульфаты железа и алюминия. В их структуре вода присутствует как в молекулярной форме, так и в виде гидроксильных групп. Обилие молекулярной воды предопределяет неустойчивость этих минералов вследствие обезвоживания даже при комнатных температурах.
В состав большинства сезонных минералов входит сера, которая даёт ряд соединений с кислородом, водородом, металлами. Среди сезонных минералов красивые кристаллы достаточно редки, исключение составляет сера.
В других случаях сезонные минералы представлены рыхлыми, зернистыми или порошковыми массами.
Нередки случаи, когда они имеют форму нитевидных кристаллов – тонких волосоподобных кристаллов, вытянутых вдоль одной из кристаллографических солей.
Третий вид минералообразования – биогенное формирование. Минералы формируются в процессе жизнедеятельности животных и растительных организмов, особенно обильно населяющих мелководные участки морей и других водоёмов.
Например, морские водоросли и простейшие морские организмы поглощают углекислый кальций и при отмирании оставляют минеральные накопления в виде кальцита CaCO3 и арагонита CaCO3. Диатомовые водоросли, морские губки используют для своих скелетов кремнезём.
Таким же путём возникает минерал опал. Морские, а иногда речные или озёрные моллюски в своих раковинах создают жемчуг (минерал кальцит с примесью органического вещества с изумительно красивой игрой цветов в радужных тонах).
Железопоглощающие бактерии создают накопления гидроксида железа (минерал – лимонит – источник формирования бурых железняков).
Источник: http://5rik.ru/book/book-9731.php
Минералообразование
ОБЩИЕ ПОНЯТИЯ О ГЕНЕЗИСЕ МИНЕРАЛОВ
Минералы и горные породы имеют различное происхождение, или генезис (греч. «генезис» — происхождение). Одни образуются при остывании расплавленных масс на глубине, другие — при излиянии лавы на поверхность земли при вулканических извержениях.
Минералы отлагаются из газов и паров, из горячих растворов, поднимающихся из земных недр. Они образуются на дне морей и океанов, в соляных озерах и болотах, в кратере вулканов и на поверхности земли.
Минералы и горные породы не являются чем-то неизменным, после своего возникновения они непрерывно изменяются, превращаются в другие минералы и горные породы.
Все геологические процессы, приводящие к образованию минералов и горных пород, по источнику энергии, за счет которой они произошли, делятся на две большие генетические группы: эндогенные и экзогенные.
Эндогенные процессы
Это процессы, протекающие за счет внутренней тепловой энергии земного шара. Минералы, образующиеся в результате этих процессов, являются продуктами магматической деятельности.
Минералы возникают либо непосредственно при раскристаллизации магмы, либо из газов и растворов, выделяющихся из магмы и поднимающихся по порам и трещинам горных пород при своем движении через толщу земной коры к поверхности земли.
Процессы образования минералов протекают на разных глубинах в большом интервале температур.
Экзогенные процессы
Это процессы внешние, связанные с лучистой энергией Солнца, происходящие на поверхности земли или вблизи от неё. Процессы протекают обычно при невысоких температурах и нормальных давлениях, близких к атмосферному.
Минералообразование протекает в условиях взаимодействия атмосферы, биосферы, гидросферы и земной коры. Основным источником вещества при экзогенном минералообразовании служит литосфера — обнажающиеся на поверхности земли минералы и горные породы.
Возникают новые минералы и горные породы, устойчивые в поверхностных условиях.
Минералообразование при магматическом процессе
Магма (греч. «густая мазь») представляет собой силикатный огненно-жидкий расплав сложного состава.
Эндогенное минералообразование протекает в три основных этапа: магматический (собственно магматический), пегматитовый и постмагматический (послемагматический).
В процессе собственно магматического этапа образуются огромные массы изверженных, или магматических, горных пород. Название «изверженные» дано вследствие того, что данная группа горных пород возникает при извержении магмы, поднимающейся из глубины земного шара.
При извержении магма внедряется в толщу земной коры и может постепенно застыть и раскристаллизоваться там, не достигнув земной поверхности. В этом случае образуются глубинные, или интрузивные, магматические горные породы. Например, гранит, габбро и др.
Если; магма по тектоническим трещинам или через жерло вулкана поднимается до поверхности земли и растекается в виде лавы, которая быстро остывает, то возникают особые породы, называемые излившимися или эффузивными магматическими горными породами. Примерами ,могут служить базальт, обсидиан и др.
При внедрении магмы в земную кору и ее застывании на глубине говорят о глубинном, или интрузивном, магматизме. В случае излияния магмы в виде лавы на поверхность земли говорят о эффузивном магматизме, называемом также вулканизмом.
Магма, внедрившаяся в земную кору, претерпевает сложную эволюцию — она постепенно остывает и подвергается дифференциации.
О составе и свойствах магмы можно судить по изливающейся лаве различных вулканов, а также по конечным продуктам извержения — магматическим горным породам.
Известно, что магматические горные породы характеризуются большим разнообразием: встречаются разности, богатые кремнеземом, называемые кислыми и ультракислыми породами; наблюдаются породы, бедные кремнеземом, именуемые основными и ультраосновными разностями.
Известны также породы со средним содержанием кремнезема — средние породы. Состав изливающейся лавы также характеризуется меняющимся содержанием кремнезема.
Отсюда возникает вопрос о том, существует ли на глубине единая родоначальная магма, которая впоследствии подвергается дифференциации, или существует несколько разнообразных магм, из которых формируются кислые, средние, основные и ультраосновные горные породы. Вопрос этот до сих пор не решен однозначно.
Некоторые ученые, как, например, В. Н. Лодочников, предполагают, что имеется несколько магм, отвечающих по составу различным группам горных пород. Другие (Ф. Ю. Левинсон-Лессинг) считают, что существует две магмы — кислая и основная. Большинство исследователей (Р. О. Дели, Н. Л. Боуэн, А. Н. Заварицкий и др.
) полагают, что имеется одна родоначальная магма основного базальтового состава. Магма при застывании подвергается разделению по составу, или дифференциации. Процесс дифференциации магмы очень длительный, проходящий миллионы и сотни миллионов лет.
Принято выделять два типа дифференциации: магматическую и кристаллизационную.
Магматическая дифференциация
Протекает в жидком состоянии и предшествует кристаллизационной дифференциации. Процесс магматической дифференциации подразделяют на ликвацию и ассимиляцию. Ликвация — это процесс расслоения расплава на две или несколько несмешивающихся жидкостей.
Его можно сравнить с доменной плавкой, когда при остывании металлического расплава происходит отделение шлака (он всплывает наверх) от штейна, накапливающегося в нижней части домны. О возможности дифференциации магмы за счет ликвации высказывались такие крупные ученые, как Левинсон-Лессинг, Дели и др. Экспериментальные работы Дж.
Грейга показали, что ликвация происходит в расплавах, насыщенных кремнеземом. Д. П. Григорьев экспериментальным путем доказал возможность ликвации в расплавах, близких по составу к основным горным породам, в присутствии летучих компонентов.
За счет ликвации образуется группа магматических месторождений, в частности, медно-никелевые месторождения в основных и ультраосновных горных породах. В процессе магматической дифференциации происходит также расплавление и растворение посторонних включений и горных пород стенок магматической камеры. Этот процесс называется ассимиляцией.
В процессе ассимиляции может меняться состав магмы. Некоторые ученые полагают, что при ассимиляции магмой богатых кремнеземом пород могут образовываться граниты по периферии массивов основных горных пород. Нередко в составе массивов различных магматических горных пород наблюдаются обломки чуждых горных пород, называемых ксенолитами.
Некоторые ученые при магматической дифференциации допускают расслоение магмы по удельному весу, называя такую дифференциацию гравитационной. Крупный советский исследователь Е. А. Кузнецов считает гравитационную дифференциацию «трудно осуществимым процессом».
Кристаллизационная дифференциация
Считается наиболее вероятным фактором, обуславливающим все разнообразие встречаемых горных пород. Теория кристаллизационной дифференциации подробно разработана Н. Боуэном. Интересно, что на возможность образования различных групп горных пород путем кристаллизационной дифференциации указывал еще Ч. Дарвин.
При охлаждении магматического очага в магме возникают центры кристаллизации различных минералов, возникающих в определенной последовательности, соответствующей температуре образования тех или иных минералов. Установлено, что из силикатного расплава первым выделяется оливин, затем выпадают кристаллы пироксена и основного плагиоклаза.
Кристаллы оливина, имеющие больший удельный вес по сравнению с расплавом, опускаются на дно магматического очага. Остающийся на месте расплав делается более кислым, и при значительном выделении оливина из базальтового состава первоначальной магмы могут возникнуть и кислые породы гранитного состава.
Исследование условий образования минералов из расплава позволило Боуэну установить последовательность выделения темноцветных и светлых минералов, которая получила название ряда Боуэна.
Кристаллизационный ряд Брауна
(Последовательность выделения минералов из магмы)
В выделенном ряду имеются две ветви: минералы магнезиально-железистые, темноцветные, называемые также фемическими, составляют одну (левую на схеме) ветвь и минералы светлые, известково-щелочные, называемые также салическими (кремний и алюминий играют в них ведущую роль), составляют другую ветвь (правую на схеме).
Эксперименты, проведенные Боуэном, показали, что температура кристаллизации оливина (форстерита) равна 1890°. Таким образом, оливин устойчив при высоких температурах. Он устойчив и при низких температурах, если нет химически активных реагентов.
Например, если расплав содержит кремнезем, то при температуре 1570° С оливин с ним реагирует и переходит в ромбический пироксен. Известны и дальнейшие процессы преобразования ромбических пироксенов в моноклинные пироксены, последних — в роговые обманки.
Данная ветвь завершается образованием биотита, в который входят летучие компоненты и щелочи.
Другая ветвь кристаллизационного ряда Боуэна начинается с образования анортита. Температура кристаллизации анортита при обычном давлении 1550° С. При понижении температуры из расплава выделяются плагиоклазы с повышенным содержанием альбитовой молекулы, а плагиоклазы, богатые анортитовой молекулой, становятся неустойчивыми.
Происходят процессы мета-соматического замещения основных плагиоклазов кислыми. Температура кристаллизации альбита примерна соответствует температуре выделения биотита. Ветвь завершается калиевым полевым шпатом, кварцем и мусковитом.
Приведенная схема последовательности выделения минералов и соответствие в ней определенных минералов правого ряда определенным минералам левого ряда позволяют установить возможные парагеиезисы минералов в магматических породах.
Рис. 65. Формы залегания магматических горных пород:
1 — вулканический очаг; 2 — жерло вулкана; 3 — конус (купол) вулкана; 4 — лавовые потоки; 5 — покровы; 6 — батолит; 7 — дайки; 8 — лакколит; 9 — силлы (пластовые жилы); 10— шток; 11 — лополит; 12—факолиты
Так, возможно совместное нахождение оливинов и пироксенов с анортитом и натрово-известковыми плагиоклазами, роговая обманка ассоциирует с известково-натровыми плагиоклазами, биотит — с кислыми плагиоклазами, калиевым-полевым шпатом и кварцем.
Магма в процессе своего застывания образует магматические горные породы — интрузивные и эффузивные —весьма разнообразных форм (рис. 65). Эти формы в значительной степени определяются местом их образования: при излиянии магмы на поверхность земли в виде лавы возникают потоки, покровы, купола.
При застывании на глубине форма интрузивных тел будет зависеть от тех каналов, по которым внедряется магма, и глубины, на которой она застывает. Интрузивы, возникающие на больших глубинах от поверхности земли, называются абиссальными, а застывшие на меньших глубинах — гипабиссальными.
Абиссальные горные породы залегают в виде батолитов и штоков. Гипабиссальные интрузивные породы представлены лакколитами, лополитами, факолитами, силлами, дайками и др.
Магматические горные породы характеризуются определенными особенностями, главнейшие из которых — структура и текстура.
Структурой горной породы называют особенности строения горной породы, обусловленные размерами, фор-мой и взаимоотношениями составных частей.
Текстурой горной породы называют соотношение отдельных участков, слагающих горную породу и характеризующих степень однородности ее сложения. Текстура характеризует способ заполнения пространства составными компонентами.
Текстура отражает особенности внешнего облика породы крупного масштаба: пористость, слоистость, сланцеватость и др.
Представители абиссальных и гипабиссальных горных пород отличаются друг от друга по структурным и текстурным признакам.
Например, для абиссальных горных пород характерна так называемая полнокристаллическая структура, когда все слагающие горную породу компоненты — минералы — имеют хорошо выраженное кристаллическое строение, и массивная текстура, так как раскристаллизация горной породы происходила в условиях господства высоких давлений, способствовавших плотному прилеганию выпадающих из расплава кристаллов. Гипабиссальные горные породы имеют пор-фировидную структуру, для которой типичны крупные кристаллы, вкрапленные в основную массу горной породы, состоящей из кристаллов примерно одинаковых размеров. Иногда среди этих пород можно видеть и порфировую структуру, когда на фоне скрытокристаллической или мелкозернистой массы выделяются вкрапленники каких-либо минералов.
Эффузивные горные породы по степени изменения принято делить на две группы: кайнотипные — малоизмененные, свежие и палеотипные — сильно измененные
Магматические горные породы интрузивного и эффузивного происхождения обычно хорошо различаются по структуре и текстуре.
Интрузивные горные породы большей частью имеют полнокристаллическую структуру и массивную текстуру. Эффузивные горные породы, как правило, характеризуются неполнокристаллической структурой, часто стекловатой, и пористой или пузырчатой текстурой.
Магматические горные породы подразделяются по содержанию в них кремнезема на кислые (при содержании кремнезема более 65%), средние (65—55%), основные (55—45%), ультраосновные (65%
другие темноцветные мин-лы
SiO2 65-55%
SiO2 55-45%
порфит
породы
SiO2
Источник: https://znaesh-kak.com/k/a/%D0%BC%D0%B8%D0%BD%D0%B5%D1%80%D0%B0%D0%BB%D0%BE%D0%BE%D0%B1%D1%80%D0%B0%D0%B7%D0%BE%D0%B2%D0%B0%D0%BD%D0%B8%D0%B5
Add comment