Происхождение углей и формы залегания горных пород

[2] На долю  Мантии приходится около 67% общей  массы планеты. Твердый слой верхней мантии, распространяющийся до различных глубин под океанами и континентами, совместно с земной корой называют литосферой - самой жесткой оболочкой Земли. Под ней отмечен слой, где наблюдается некоторое уменьшение скорости распространения сейсмических волн, что говорит о своеобразном состоянии вещества. Этот слой, менее вязкий и более пластичный по отношению к выше и ниже лежащим слоям, называют астеносферой. Считается, что вещество мантии находится в непрерывном движении, и высказывается предположение, что в относительно глубоких слоях мантии с ростом температуры и давления происходит переход вещества в более плотные модификации. Такой переход подтверждается и экспериментальными исследованиями.

    

[3] В нижней  мантии на глубине 2900 км отмечается  резкий скачок не только в  скорости продольных волн, но  и в плотности, а поперечные  волны здесь исчезают совсем, что указывает на смену вещественного состава пород. Это внешняя граница ядра Земли.

    

[4-5] Земное ядро  открыто в 1936 году. Получить его  изображение было чрезвычайно  трудно из-за малого числа сейсмических  волн, достигавших его и возвращавшихся  к поверхности. Кроме того, экстремальные  температуры и давления ядра  долгое время трудно было воспроизвести  в лаборатории. Земное ядро  разделяется на 2 отдельные области:  жидкую (ВНЕШНЕЕ ЯДРО) и твердую (BHУTPEHHE), переход между ними лежит на глубине 5156 км. Железо - элемент, который соответствует сейсмическим свойствам ядра и обильно распространен во Вселенной, чтобы представить в ядре планеты приблизительно 35% ее массы. По современным данным, внешнее ядро представляет собой вращающиеся потоки расплавленного железа и никеля, хорошо проводящие электричество. Именно с ним связывают происхождение земного магнитного поля, считая, что, электрические токи, текущие в жидком ядре, создают глобальное магнитное поле. Слой мантии, находящийся в соприкосновении с внешним ядром, испытывает его влияние, поскольку температуры в ядре выше, чем в мантии. Местами этот слой порождает огромные, направленные к поверхности Земли тепломассопотоки - плюмы.

    

[6] ВНУТРЕННЕЕ  ТВЕРДОЕ ЯДРО не связано с  мантией. Полагают, что его твердое  состояние, несмотря на высокую  температуру, обеспечивается гигантским давлением в центре Земли. Высказываются предположения о том, что в ядре помимо железоникелевых сплавов должны присутствовать и более легкие элементы, такие как кремний и сера, а возможно, кремний и кислород. Вопрос о состоянии ядра 3емли до сих пор остается дискуссионным. По мере удаления от поверхности увеличивается сжатие, которому подвергается вещество. Расчеты показывают, что в земном ядре давление может достигать 3 млн. атм. При этом многие вещества как бы металлизируются - переходят в металлическое состояние. Существовала даже гипотеза, что ядро Земли состоит из металлического водорода. 
 
 

    

2

    

ОБРАЗОВАНИЕ МИНЕРАЛОВ И ГОРНЫХ ПОРОД. 

    

2.1 Понятие о минералах

    

Минералы — это однородные по составу и строению природные вещества (химические соединения или самородные элементы), образовавшиеся в результате физико-химических процессов, протекающих внутри земной коры или на ее поверхности.

    

Большая часть  минералов в природе находится  в твердом состоянии; известны также жидкие минералы (ртуть, вода и др.) и газообразные (сероводород, метан и др.). Химический состав минералов отражается химической формулой.

    

Все горные породы, слагающие земную кору, состоят из минералов. Известно около 2000 минералов, из них только 450 видов широко распространены; остальные встречаются редко. 

    

2. 2 Процессы образования  минералов в природе

    

Минералы образуются из газообразных, жидких и твердых  веществ. Кристаллизация — переход из жидкого состояния в кристаллическое — может происходить из расплава или из раствора. Кристаллизационная способность у различных веществ неодинакова. Она определяется числом центров кристаллизации, образующихся за единицу времени в единице объема, и скоростью роста кристалла. При большей скорости образования центров кристаллизации возникает много мелких кристаллов, при малом количестве центров возникают крупные кристаллы.

    

Иногда встречаются  так называемые зональные кристаллы. Зональное строение их обусловлено  перерывами в кристаллизации или какими-либо примесями, которые попали в раствор в момент кристаллизации.

    

Процессы минералообразования подразделяются на эндогенные и экзогенные.

    

Образование минералов эндогенного  происхождения  связано с разнообразными процессами магматической и постмагматической деятельности.

    

Магматический процесс — минералы возникают  при кристаллизации магматического расплава на больших и средних глубинах. Так возникли все минералы, слагающие изверженные породы: оливин, пироксены, роговая обманка, полевые шпаты и т. д., а также некоторые соединения хрома, никеля, меди, железа и др. Кроме того, ряд минералов (сера, квасцы) образуется как продукт возгонки (сублимации) при вулканическом процессе.

    

Пегматитовый  процесс — минералы образуются из остаточного магматического расплава, обогащенного газами. Пегматиты — жильные тела с крупными кристаллами. Главными минералами являются полевые шпаты, кварц, слюды, турмалин, берилл, касситерит, минералы редких земель и др.

    

Пневматолитический процесс, или пневматолиз — образование минералов из газов, выделяющихся из магмы. Различают вулканический и глубинный пневматолиз. Среди минералов вулканического происхождения наиболее часто встречается самородная сера (Камчатка, Курильские острова). В условиях глубинного пневматолиза возникают слюды, топаз, турмалин, аквамарин, флюорит, рутил и другие минералы, а также формируются месторождения железа, вольфрама, меди, цинка.

    

Гидротермальный процесс. Горячие водные растворы, отделяющиеся от магмы, выносят из магматического очага, а также из боковых пород, по которым они движутся, целый ряд соединений металлов. С этим процессом связано формирование жил с вольфрамитом, касситеритом, молибденитом, сульфидами меди, золота, свинца и цинка, серебра, сурьмы, ртути и др.

    

Минералы  экзогенного происхождения  образуются вблизи и на поверхности Земли при участии воды, кислорода воздуха, углекислоты и жизнедеятельности организмов. Под их влиянием первичные минералы, образовавшиеся из магмы и ее летучих продуктов, подвергаются механическим, химическим и физико-химическим преобразованиям и в результате образуются новые минералы, устойчивые для условий земной поверхности.

    

Выветривание. Продукты механического разрушения и химического разложения горных пород формируют коры выветривания, образованные многочисленными минералами вторичного происхождения. При выветривании образуются боксит, каолинит, месторождения которых нередко достигают крупных размеров.

    

В результате окисления  гидротермальных рудных жил с  большим содержанием сернистых минералов (пирит, халькопирит, галенит, сфалерит и др.) возникают новые минералы в виде окислов, гидратов окислов и солей — бурый железняк, малахит, куприт и др.

    

Осадочный процесс. В ходе этого процесса происходит переотложение продуктов физического и химического выветривания минералов и горных пород и образование новых минералов. Последние могут выпадать из пересыщенных растворов (галит, карналнт, сильвинит, кальцит и др.), являться продуктами жизнедеятельности животных и растений (селитры, самородная сера, кальцит и др.) и формироваться при преобразовании осадка (пирит, глауконит и др.).

    

Метаморфогенные процессы связаны со сложными физико-химическими изменениями состава и структуры пород и минералов, попадающих в глубокие зоны земной коры. В условиях высоких температур и давлений в ходе общего медленного прогрева на больших площадях происходит перекристаллизация пород, возникают новые минералы. Метаморфогенные изменения происходят и в результате контактового воздействия магматических расплавов на вмещающие породы. Особенно разнообразный комплекс минералов возникает при воздействии магмы на известняки. В результате возникает порода — скарн, которая содержит кристаллы гранатов, пироксенов, флогопита и т. д.

    

Космогенные минералы являются составными частями каменных и железных метеоритов и пород Луны. Каменные метеориты по минеральному составу близки к земным изверженным основным и ультраосновным породам. Железные метеориты не похожи на горные породы и состоят из самородного никелистого железа, в котором содержится в среднем около 10% никеля.

    

По данным Е. К. Лазаренко, в составе метеоритов установлено 64 минерала, большинство из них встречается в земных горных породах. Минералы метеоритов и лунных пород имеют несколько иные химические и физические признаки и морфологию (внешний вид) кристаллов, чем минералы изверженных пород Земли.

    

Парагенетические  ассоциации минералов. Это группы минералов, характеризующихся совместным нахождением в природе в результате единого процесса минералообразования. Знание парагенетических ассоциаций минералов помогает ориентироваться в их происхождении, позволяет обосновать вероятное наличие минералов, не обнаруженных на месторождении, но характерных для данного парагенезиса. Понятие о парагенезисах широко используется при поисках полезных ископаемых. Например, коренное золото обычно встречается в жилах, заполненных молочно-белым кварцем.

    

Особый случай представляет совместное нахождение первичных минералов с образовавшимися за их счет вторичными; например, халькопирита и других сульфидов меди с продуктами их выветривания в виде малахита, куприта и т. д.

    

Искусственные минералы. В настоящее время известно много способов получения искусственных минералов из растворов и расплавов. Важное значение имеет получение искусственных технических и драгоценных камней и твердых сплавов: пьезокварца, Карборунда, рубина, алмаза, сапфира и др. 

    

2.3 Понятие о горных  породах

    

В разрезе земной коры минералы встречаются в виде рыхлых или плотных скоплений зерен — минеральных агрегатов. Закономерные минеральные агрегаты определенного состава и строения, образовавшиеся в результате геологических процессов, называются горными породами. Наука, изучающая минералогический и химический состав горных пород, их строение, условия залегания, а также изменение их в течение времени, называется петрографией. Петрография тесно связана с минералогией.

    

Минералы, из которых  в основном состоит горная порода, называются породообразующими. Физические и химические свойства горной породы в значительной мере определяются свойствами породообразующих минералов. Минералы, которые содержатся в породе в небольших количествах, являются второстепенными. Их присутствие не влияет на характеристику основных свойств породы. Минералы, которые встречаются в горных породах в ничтожных количествах, называются акцессорными. Выделение их имеет важное значение, так как присутствие тех или иных акцессорных минералов может служить критерием для суждения об условиях образования пород, об источниках сноса. Некоторые акцессорные минералы используются для определения возраста пород.

    

Для каждой группы горных пород характерны свои породообразующие минералы. Минералы, являющиеся породообразующими одной группы пород, в другой группе могут быть второстепенными, и наоборот.

    

Горные породы обладают определенным строением, которое  выражается понятиями: структура, текстура, отдельность.

    

Структура —  особенности строения горной породы, обусловленные размером, формой и характером срастания минералов, слагающих ее, а также степенью кристалличности.

    

Текстура (сложение) относительное расположение минеральных агрегатов в горной породе.

    

Отдельность —  характерная форма блоков (глыб, кусков), возникающих при естественном (выветривание) или искусственном раскалывании горных пород по определенным плоскостям под влиянием как внешних, так и внутренних напряжений.

    

По происхождению  все горные породы подразделяются на три группы: магматические, осадочные  и метаморфические.

    

Магматические породы образуются в результате застывания и кристаллизации магмы. Осадочные — образуются в результате накопления и дальнейшего преобразования продуктов разрушения любых пород, а также при химическом осаждении на поверхности суши или на дне моря с участием или без участия организмов.