Тихоненко Д.Г. Геологія з основами мінералогії

Подождите немного. Документ загружается.

Джерела відкладають також великі маси бурого залізняку, сполуки

міді та ін.

З діяльністю підземних вод пов’язано виникнення грязьових ву-

лканів. Отже, підземні води, рухаючись у земній корі, переносять

різні мінеральні сполуки з одних ділянок на інші і забезпечують

при цьому міграцію мінеральних мас у земній корі.

Умови карстових печер сприяють також випаданню гідрокарбо-

натів із розчинів, що просочуються в них. На стінах карстових печер

утворюються натічні кірки різної потужності, а в їхніх порожни-

нах — стовпоподібні натеки, які називають

сталактитами

сталаг-

мітами

(рис. 2.32).

Сталактит

— це натічне утворення з арагоніту подібне до льодо-

вої бурульки, що звисає зі стелі печери. Коли води багато, то части-

на крапель падає на дно печери і там випаровується, тоді подібне

утворення росте із дна печери, його називають

сталагмітом

. Часто

сталактити і сталагміти зростаються з утворенням колон (стовпів) —

сталактатів

. Цей процес дуже тривалий.

Залежно від складу солей розчинів, що просочуються, утворю-

ються послідовні нашарування концентричних кірок різного міне-

рального складу (кальциту, гіпсу, опалу, лимоніту та ін.).

З карстовими порожнинами пов’язані родовища корисних копа-

лин: розсипища золота, нікелю, заліза і манганових руд, вогнетрив-

ких глин, фосфоритів, нафти, бокситів, мінеральних вод та ін.

2.3.9. Діагенез осадів

Сформовані внаслідок геологічної діяльності морів, озер, боліт та

інших екзогенних чинників пухкі осади під дією фізико-хімічних та

біологічних процесів, які відбуваються безпосередньо в осаді упро-

довж багатьох сотень тисяч років, перетворюються на осадові гірські

породи. Цей процес перетворення дістав назву

діагенезу

(від грец.

діагенез — переродження).

Рис. 2.32. Сталактити і сталагміти

— вапняк;

— осад;

— сталактит;

— сталагміт

До явищ діагенезу належать ущільнення, цементація осаду, пе-

рекристалізація, розчинення та заміщення мінералів, утворення

інших мінералів, конкрецій тощо. Ступінь, характер та швидкість

перетворення осаду залежить від складу осаду, розмірів часточок, їх

однорідності та ін. Деякі осади (піски, галька) змінюються мало, їхні

уламки лише цементуються або ущільнюються, інші зазнають гли-

боких перетворень. У мулі відбуваються складні хімічні взаємодії,

які приводять до розчинення та видалення з осаду нестійких у да-

ному середовищі мінералів та утворення нових мінералів.

Деякі мінерали перекристалізовуються. В процесі діагенезу ак-

тивну участь беруть бактерії.

Процеси перекристалізації інколи відбуваються дуже швидко.

Органічна основа коралових рифів швидко заповнюється кристалі-

чним вапняком. Вапнякові водорості теж швидко перероджуються в

ущільнені вапняки. Швидкість переродження в разі випадку зумо-

влюється наявністю вуглекислого газу, що виділяється внаслідок

розкладання органічної речовини (цим самим спричинене швидке

перетворення карбонатного мулу на вапняки).

На перетворення одних мінералів на інші впливають зміни сере-

довища. Зміна окислювального середовища на відновне відбуваєть-

ся в разі перекривання раніше сформованого осаду наступними від-

кладами. При цьому всі окислені сполуки під дією вуглекислого га-

зу та сірководню переходять у відновлені форми. Так, гідрослюди

заліза у слабкоокислювальному середовищі утворюють глауконітові

відклади, у слабковідновлювальному — сидерит, у відновлюваль-

ному середовищі, збагаченому органічними речовинами — пірит.

Перебігу цих процесів сприяють також особливі бактерії, які відби-

рають кисень і виділяють вуглекислий газ.

Внаслідок процесів розчинення і перекристалізації в гірських

породах утворюються конкреції та різні кристалічні зростки: фор-

муються вони найчастіше в пісках та інших пористих породах.

Цементація окремих складових частин осаду під час діагенезу

відбувається за рахунок речовини, що входить до складу осаду (син-

генетичний цемент), або за рахунок речовин, які виділяються в на-

ступні стадії перетворення осаду на гірську породу (епігенетичний

цемент — оксиди заліза, опал, карбонати).

Із процесами діагенезу пов’язане виникнення з органічної речо-

вини нафти, горючого газу та ін. Виявом діагенезу є перетворення

решток рослин в анаеробних умовах на торф і далі на буре вугілля,

антрацит.

У країнах з теплим та сухим кліматом пилуваті осади, що утво-

рилися в процесі діяльності вітру, площинного змиву тощо, набу-

вають вигляду лесів. При цьому в зоні вивітрювання накопується

карбонат кальцію. Іони кальцію зумовлюють осадження колоїдної

фракції породи і сприяють формуванню пилувато-грудкуватої

структури.

Отже, процеси діагенезу охоплюють чимало явищ, в яких велику

роль відіграють хімічні реакції та діяльність бактерій.

Питання для самоконтролю:

Які процеси називаються ендо-

генними, а які екзогенними?

Дайте характеристику основних ен-

догенних геологічних процесів.

Які види вивітрювання вам відомі?

Дайте їх коротку характеристику.

Що таке кора вивітрювання?

Типи кори вивітрювання.

У чому полягає геологічна діяльність

вітру і які продукти при цьому утворюються?

Особливості геологічної дія-

льності атмосферної води.

У чому полягає геологічна діяльність річок і

які продукти при цьому утворюються?

Охарактеризуйте особливості гео-

логічної діяльності морів, океанів, озер і боліт.

У чому полягає особ-

ливість геологічної діяльності льодовиків?

10.

Морени і водно-льодовикові

відклади, їх характеристика.

11.

Четвертинні зледеніння, їх причини і особ-

ливості.

12.

Особливості геологічної роботи підземних вод. 13. Що таке діа-

генез осадів?

Розділ 3

ОСНОВИ

МІНЕРАЛОГІЇ

3.1. ПОНЯТТЯ ПРО МІНЕРАЛИ.

ПЕРВИННІ І ВТОРИННІ МІНЕРАЛИ,

ЇХ РОЛЬ У ҐРУНТОТВОРЕННІ

Мінерали —

це природні хімічні сполуки або самородні елемен-

ти, які виникли внаслідок перебігу різноманітних фізико-хімічних

процесів у земній корі і на її поверхні. Мінерали вивчає

мінералогія

(від лат

minera

—

руда) — розділ геології, який досліджує склад,

будову, властивості і походження мінералів.

На сьогодні відомо понад 2500 природних мінералів. Небагато з

них досить поширені. Істотну роль в утворенні гірських порід віді-

грають лише декілька десятків мінералів, які називають

породоут-

ворювальними

У земній корі породоутворювальні мінерали розподілені так (за

О.Є. Ферсманом):

Мінерал Вміст, % Мінерал Вміст, %

Польові шпати 55,0

Піроксени та амфіболи 15,0

Вода у вільному і

зв’язаному стані 8,25

Кварц та його різновиди 12,0 Слюди 3,0

Глинисті мінерали 1,5 Оксиди і гідроксиди 3,0

Кальцит 1,5 Фосфати 0,75

За умовами утворення мінерали поділяють на первинні і вто-

ринні.

Первинні мінерали

сформувались безпосередньо з магми одно-

часно з породою в основному в глибоких шарах земної кори і при

виливанні магми на поверхню земної кори. До них належать міне-

рали магматичного походження — оливін, польові шпати, авгіт, ро-

гова обманка, кварц, слюди тощо.

Вторинні мінерали

утворились пізніше, ніж первинні, і часто за

рахунок первинних, на земній поверхні або біля неї. До них нале-

жать мінерали осадового і метаморфічного походження — глинисті,

опал, лимоніт, кальцит, доломіт, гіпс, хлорити та ін.

Мінерали входять до складу всіх гірських порід, рудних і неруд-

них корисних копалин. З одних мінералів внаслідок промислової

переробки одержують різні метали, інші мінерали є чудовим буді-

вельним матеріалом. Мінерали, які входять до складу агрономічних

руд, використовують як мінеральні добрива для підвищення родю-

чості ґрунтів та урожайності сільськогосподарських культур, бороть-

би зі шкідниками та хворобами культурних рослин.

Первинні і вторинні мінерали складають головну масу ґрунто-

творних порід і твердої фази ґрунту, а тому впливають на її фізико-

хімічні і фізичні показники, фізико-механічні властивості, на родю-

чість ґрунту загалом. Чим різноманітніші за хімічним складом

ґрунтотворні мінерали, тим краща якість ґрунту, який формується

на них.

3.2. АГРЕГАТНИЙ СТАН МІНЕРАЛІВ

ТА ЇХ ВНУТРІШНЯ БУДОВА

За агрегатним станом мінерали поділяють на три групи: газопо-

дібні (метан, сірководень та ін.); рідкі (нафта, вода, самородна ртуть

та ін.); тверді (пірит, апатит, ортоклаз та ін.).

Газоподібні речовини лише умовно можна називати мінералами,

тому що вони як правило є не індивідуальними речовинами, а при-

родними сумішами.

В земній корі абсолютно переважають тверді мінерали. У приро-

ді вони трапляються у вигляді кристалів з більш чи менш добре ви-

явленою формою багатогранників або у вигляді неправильних за

формою зерен, суцільних мас, які мають як кристалічну, прихова-

нокристалічну, так і

аморфну будову. Для

більшості мінералів, які

складають земну кору,

характерна кристалічна

будова. На частку амор-

фних мінералів припа-

дає лише близько 2 %

загальної їх кількості.

Кристалічним

нази-

вають стійкий фазовий

стан твердого тіла, стру-

ктура якого має прави-

льну періодичну тримір-

ну повторюваність роз-

ташування частинок:

атомів, іонів або моле-

кул. Ззовні кристали

мають форму різних ба-

гатогранників — кубів,

призм, пірамід (рис. 3.1)

Рис. 3.1. Форми поширених кристалів:

— силікати (

— кварц,

— авгіт;

— нефелін);

— фосфати;

— оксиди (гематит)

і характеризуються симетрією або

кристалічною сингонією (від грец.

σύγγονος — споріднений, подібнокут-

ність), тобто закономірною повторю-

ваністю однакових ребер, кутів, гра-

ней кристала в просторі (рис. 3.2).

Для всіх мінералів, які мають

кристалічну будову, характерне упо-

рядковане розташування складових

частин. Атоми, іони і молекули утво-

рюють у просторі різні кристалічні

ґратки. В аморфному стані ті самі

частинки розташовуються безладно,

без жодної закономірності.

Кристалічні ґратки можуть бути:

атомними

— у вузлах ґратки

знаходяться атоми (характерні для

алмазу, графіту та сірки);

іонними

— у вузлах ґратки

розташовані іони (характерні для

галіту, піриту, глинистих мінералів);

молекулярними

— у вузлах

ґратки розміщені молекули (харак-

терні для цукру, аспірину).

Відміни у внутрішній будові кри-

сталічних і аморфних тіл зумовлю-

ють відмінності в їхніх властивостях.

Наприклад, для кристалічного стану

речовини характерна

анізотропність

властивості кристалічного тіла за-

лишаються незмінними в усіх пара-

лельних напрямках і можуть змінюватися лише в непаралельних.

Фізичні властивості аморфних тіл залишаються незмінними в усіх

напрямках. Тіла, властивості яких не змінюються залежно від на-

прямку, називають

ізотропними

Більшість мінералів із кристалічною будовою внаслідок законо-

мірного розміщення атомів утворюють добре виражені правильні

природні багатогранники. Кристали, як і всі багатогранники, мають

грані (площини, що обмежують кристал), ребра (лінії перетину гра-

ней), вершини (точки перетину ребер) і кути. Дві площини, що пе-

ресікаються, утворюють двогранний кут.

Один із найважливіших законів кристалографії — сталість

гранних кутів. Суть цього закону полягає в тому, що кути між від-

повідними гранями одного й того самого мінералу однакові і сталі

За величиною гранних кутів можна визначити кожен мінерал.

Рис. 3.2. Кристалографічні

сингонії:

— вища (більше однієї осі вищого

порядку);

— середня (одна вісь

вищого порядку);

— нижча (жод-

ної осі вищого порядку;

— кубічна;

— гексагональна;

— тригональ-

на;

— тетрагональна;

— ромбіч-

на;

— моноклінна;

— триклінна

Симетричність кристалів виражається у правильному повторенні

елементів обмеження — граней, ребер і вершин. Розрізняють такі

елементи симетрії кристалів: центр (

), осі (

), площини (

Центр симетрії

(

)

—

це уявна точка всередині кристала, в якій

перетинаються і діляться навпіл усі діагоналі.

Вісь симетрії

(

)

—

це уявна пряма лінія, при обертанні навколо

якої на певний кут усі елементи обмеження кристала суміщаються.

Залежно від числа таких суміщень у разі повного обертання крис-

тала на 360° розрізняють осі 2-, 3-, 4- та 6-го порядків. Наприклад,

якщо при обертанні кристала на 360° елементи обмеження суміща-

ються зі своїм вихідним положенням двічі, то кристал має вісь си-

метрії 2-го порядку, якщо тричі — вісь 3-го порядку і т.д.

Площина симетрії

(

) — це уявна площина, яка ділить кристал

на дві однакові і протилежно обернені частини, кожна з яких є дзер-

кальним відображенням іншої.

У кристалах всі елементи симетрії взаємозв’язані. Внаслідок за-

лежності одних елементів симетрії від інших взаємні їх поєднання

досить обмежені. Російський учений О.В. Гадолін у 1869 р. довів, що

у кристалів можливі 32 різні комбінації (класи) елементів симетрії.

За ступенем складності всі класи елементів симетрії умовно групу-

ють у сім кристалографічних сингоній: кубічну, тетрагональну

(квадратну), гексагональну, тригональну, ромбічну, моноклінну,

триклінну (рис. 3.2, 3.3). Триклінна, моноклінна і ромбічна сингонії

належать до нижчої категорії, тригональна, гексагональна і тетра-

гональна — до середньої, кубічна сингонія — до вищої.

Кожна сингонія характеризується певним числом осей і площин

симетрії, наявністю або відсутністю центра симетрії

. Одна й та

сама кристалографічна сингонія може мати кристали з різним чис-

лом площин і осей симетрії, але які не перевищують певного мак-

симального числа елементів симетрії (табл. 3.1).

Рис. 3.3. Найпоширеніші форми кристалів кубічної (

–

), тетрагональної

(

–

), гексагональної (

–

), тригональної (

–

), ромбічної (

), моноклінної

(

) та триклінної (

) сингоній

Таблиця 3.1.

Мінімальне і максимальне число елементів симетрії в кри-

сталографічних сингоніях

Елемент симетрії

Катего-

рія

Сингонія

максимум

мінімум, за

яким визнача-

ють сингонію

Мінерал

Нижча Триклінна

С С

(або відсу-

тні)

Альбіт, анортит,

лабрадор

Моноклінна

або

Ортоклаз, гіпс,

рогова обманка

Ромбічна 3

, 3

або 3

Оливін, ангід-

рит, топаз

Середня Тригональна

, 3

Кварц, кальцит,

доломіт, гематит

Гексагональна

, 6

, 7

Нефелін, апатит

Тетрагональна

(квадратна)

, 4

, 5

Халькопірит,

циркон

Вища Кубічна 4

, 3

, 6

, 9

Галіт, сильвін,

пірит, гранат

3.3. ФІЗИЧНІ ВЛАСТИВОСТІ МІНЕРАЛІВ

Кожен мінерал має певний хімічний склад і певну внутрішню

будову, від якої залежать його зовнішня форма і властивості. Мето-

ди вивчення і визначення мінералів різні. В польових умовах міне-

рали визначають візуально або мікроскопічно (за забарвленням,

блиском, твердістю, формою тощо). Використовують для цього також

прості хімічні реакції, а іноді й паяльну трубку.

Камеральною обробкою зібраних у полі зразків мінералів і гірсь-

ких порід у лабораторіях за допомогою точних методів визначають

оптичні константи мінералів, вивчають їхні кристалографічні,

п’єзоелектричні та магнітні властивості, радіоактивність, люмінес-

ценцію, за допомогою хімічного і фізичного аналізу детально ви-

вчають хімічний склад мінералів, а також використовують рентге-

нівський і різні термічні методи.

Під час визначення мінералів їхні фізичні ознаки поділяють на

обов’язкові і специфічні.

Обов’язковими

є ознаки, які визначають для кожного мінералу:

³ колір;

³ колір риски мінералу;

³ прозорість;

³ блиск;

³ спайність;

³ злам;

³ твердість;

³ щільність.

′

До

специфічних

належать ознаки, які виявляються тільки в окре-

мих мінералах або групах мінералів і є діагностичними для них:

³ магнітність;

³ взаємодія з 10%-м розчином HCl;

³ смак;

³ запах;

³ розчинність у воді;

³ ковкість.

Колір.

Колір мінералів привертав увагу людини з глибокої дав-

нини. Тому не дивно, що багато мінералів одержали свої назви за

цим показником, наприклад: гематит (від грец. гематос — кров’-

яний), альбіт (від лат. альбус — білий), рубін (від лат. рубер — чер-

воний), аурипігмент (від лат. аурум — золото). Колір мінералів за-

лежить від їхніх структурних особливостей, наявності в них забарв-

лювальних елементів (хромофорів) і механічних домішок (табл. 3.2).

Таблиця 3.2.

Мінерали-еталони певного кольору

(

за працею О.Г.Бетехтіна, 1954

)

Мінерал Колір

Щільність,

г/см

Склад

Аметист Фіолетовий 2,65 SiO

Лазурит Синій 3,7 – 3,9 Na

[AlSiO

]

Малахіт Зелений 3,9 – 4,1 CuCO

•Cu(OH)

Аурипігмент Лимонно-жовтий 3,5 As

Кіновар Червоний 8,0 – 8,2 HgS

Лимоніт Бурий 3,3 – 4,0 Fe

•

Гематит Чорний 5,3 Fe

Самородна мідь Мідно-червоний 8,5 – 8,9 Cu

Халькопірит Латунно-жовтий 4,1 – 4,3 CuFeS

Золото Золотисто-жовтий 15,5 – 19,4 Au

За забарвлювальними елементами — хромофорами розрізняють

такі кольори мінералів: 1)

ідіохроматичний

, або власний (напри-

клад, зелений у малахіту); 2)

алохроматичний

, або невластивий мі-

нералу колір (наприклад, гірський кришталь зазвичай незабарвле-

ний, але буває забарвлений у красиві фіолетовий (аметист), чорний

(моріон), димчастий (раухтопаз) тони. Власний колір мінералу мас-

кують механічні домішки: бурий гідроксид заліза, червоний оксид

заліза, органічні речовини.

Внаслідок наявності хромофорів і домішок колір одного й того

самого мінералу може бути різним. Колір мінералу слід визначати

на свіжому зламі, оскільки на поверхні він може змінюватись вна-

слідок вивітрювання, яке особливо легко порушує сірчисті й арсени-

сті мінерали.

У польових умовах яскравий колір і наліт вторинних мінералів

привертають увагу дослідника і слугують ознакою, за якою можуть

бути відкриті родовища корисних копалин.

Багато мінералів у подрібненому стані (порошок) мають інший

колір. Для визначення кольору мінералу не потрібно його подріб-

нювати, досить визначити колір його риски. Для цього слід провес-

ти шматком мінералу по неглазурованій фарфоровій платівці. На її

поверхні залишаться дрібні порошинки мінералу, які матимуть пе-

вний колір. Так, пірит у шматку солом’яно-жовтий, а в порошку

майже чорний, гематит у шматку чорний, а в порошку вишнево-

червоний, магнетит чорний і в шматку, і в порошку.

Мінерали, які містять мідь, на поверхні мають яскраво забарв-

лену тоненьку плівку, що зумовлено явищами інтерференції світла.

Ця плівка утворюється на поверхні мінералу внаслідок перебігу рі-

зних реакцій хімічного вивітрювання. Таке явище дістало назву

мінливості.

Вона спостерігається тільки у мінералів із металевим

блиском. Колір плівки різниться від кольору мінералу. Мінливість

буває різнобарвною (нагадує веселку), коли поверхня мінералу пе-

реливається синім, червоним і рожево-фіолетовим кольорами (халь-

копірит), а також однобарвною, наприклад золотистою (бурий за-

лізняк).

Прозорість.

Під цим поняттям розуміють здатність речовини

пропускати світло. Частина падаючого на тіло світлового потоку

ним відбивається, а частина проходить всередину. Промінь, який

пройшов у речовину, змінює свої швидкість і напрямок. У міру про-

ходження променя вглиб речовини його енергія зменшується, пере-

творюється на інші види енергії — відбувається поглинання (абсор-

бція) світла. Прозорість залежить від фізико-хімічних властивостей

речовини.

Залежно від ступеня прозорості всі мінерали поділяють на

про-

зорі

(гірський кришталь, ісландський шпат),

напівпрозорі

(сфале-

рит, кіновар) та

непрозорі

(пірит, галеніт, графіт).

Багато непрозорих мінералів, наприклад халцедон, біотит, про-

свічуються в краях — тонких уламках. У деяких прозорих мінера-

лів, наприклад у ісландського шпату (різновид кальциту) через ані-

зотропність оптичних властивостей інтенсивність зміни напрямку

променя змінюється залежно від напрямку спадних світлових коли-

вань, тому промені, які входять у кристал, розщеплюються. Якщо

дивитися крізь кристал ісландського шпату на літери чи штрихові

малюнки, то їх зображення подвоюється, тому ісландський шпат

часто називають подвоювальним (рис. 3.4). Властивість прозорого

кальциту змінювати напрямок спадного променя світла використо-

вують у поляризаційних приладах.

Блиск.

Блиск мінералів залежить від кількості відбитого ними

світла, що, в свою чергу, залежить від здатності речовини змінювати