Реферат на тему: Вещественный состав земной коры
Содержание
- Введение
- Минералы
- Горные породы
- Библиография
Введение
Все вещество земной коры и мантии Земли состоит из минералов, которые разнообразны по форме, строению, составу, распространенности и свойствам. Все горные породы состоят из минералов или продуктов их разрушения.
Самое древнее описание минералов относится к 500 г.до н.э., когда в китайском манускрипте Сан Хейдина «Древние сказания о горах и людях», присутствует рассказ о 17 минералах. Само слово минерал происходит от латинского минера, что означает кусок руды.
Горные породы представляют собой естественные минеральные агрегаты, формирующиеся в литосфере или на поверхности Земли в ходе различных геологических процессов. Основную массу горных пород слагают породообразующие минералы, состав и строение которых отражают условия образования пород. Кроме этих минералов в породах могут присутствовать и другие, более редкие (акцессорные) минералы, состав и количество которых в породах непостоянны.
1. Минералы
Минералами называются твердые продукты, образовавшиеся в результате природных физико-химических реакций, происходящих в литосфере, обладающих определенными химическим составом, кристаллической структурой, имеющих поверхности раздела.
Каждый минерал имеет поверхность раздела с соседними минералами в виде граней кристаллов или межзерновых границ произвольной формы. Совокупность минералов, обладающих одинаковой структурой и близким химическим составом, образует минеральный вид. Например, кристаллы и зерна, имеющие состав SiO2 и одинаковую структуру, могут иметь разный цвет, размер, форму выделения и т.д., но в целом они относятся к одному и тому же минеральному виду – кварц. Минералы одинакового состава, но с разной структурой относятся к разным минеральным видам, например, графит и алмаз, имеющие один состав – углерод, но совершенно различные свойства алмаза и графита.
В настоящее время выделено более 3000 минеральных видов и почти столько же их разновидностей. Распространенность минералов в земной коре определяется распространенностью химических элементов (табл.1).
Таблица 1
Наиболее распространенные (98%) химические элементы в земной коре
|
Элемент |
Символ |
Ионы |
% |
|
Кислород |
O |
O2- |
46,50 |
|
Кремний |
Si |
Si4+ |
25,70 |
|
Алюминий |
Al |
Al3+ |
7,65 |
|
Железо |
Fe |
Fe2+ , Fe3+ |
6,24 |
|
Кальций |
Ca |
Ca2+ |
5,79 |
|
Магний |
Mg |
Mg2+ |
3,23 |
|
Натрий |
Na |
Na1+ |
1,81 |
|
Калий |
K |
K1+ |
1,34 |
По данным А.Б.Ронова и А.А.Ярошевского (1976) наиболее распространены в земной коре 8 химических элементов в весовых процентах составляющих в сумме 98%.
На долю Ti, C, H, Mn, S и других элементов приходится менее 2%. К числу редких элементов относятся Cu, Pb, B, Ag, As, однако будучи мало распространенными они способны образовать крупные месторождения. Некоторые элементы, например, Rb не образуют собственных минералов, а существуют в природе только в виде примесей.
Минерал в виде кристалла – это твердые вещества, в котором атомы или молекулы расположены в строго заданном геометрическом порядке. Элементарной ячейкой называется самая маленькая часть кристалла, которая повторяется многократно в 3-х мерном пространстве. Формы природных кристаллов-минералов чрезвычайно разнообразны. Варианты размещения атомов и молекул в кристаллах были впервые описаны более 100 лет назад в России Е.С.Федоровым и в Германии А.Шенфлисом, создавших теорию 230 пространственных групп симметрии. Все известные группы кристаллографической симметрии подразделяются на семь систем или сингоний (в порядке понижения симметрии):
1) кубическая (элементарная ячейка – куб);
2) гексагональная (шестигранная призма);
3) тригональная (ромбоэдр);
4) тетрагональная (тетрагональная призма);
5) ромбическая (прямоугольный параллелепипед);
6) моноклинная (параллелепипед с одним углом между гранями, отличающимися от прямого);
7) триклинная (косоугольный параллелепипед).
Все минералы обладают кристаллической структурой – упорядоченным расположением атомов, что называется кристаллической решеткой. Атомы или ионы удерживаются в узлах кристаллической решетки силами различных типов химических связей:
1) ионной;
2) ковалентной;
3) металлической;
4) ван-дер-ваальсовой (остаточной);
5) водородной.
Бывает, что минерал обладает несколькими типами связи. Тогда образуются компактные группы атомов, между которыми осуществляется более сильная связь. Например, группы [SiO4]-4 в структуре силикатов, [СО3]-2 в карбонатах. Одно и то же сочетание химических элементов может кристаллизоваться в различные структуры и образовывать разные минералы. Это явление называется полиморфизмом (полиморфаз – греч., многообразный). Например, модификации С (алмаз, графит); калиевого полевого шпата (ортоклаз, микроклин); а также FeS2 (пирит, марказит); СаСО3 (кальцит, арагонит); кварца и др. Кристаллы минералов бывают анизотропными (неравносвойственными), т.е. со свойствами одинаковыми с параллельных направлениях и различных непараллельных.
Изотропными (равносвойственными) называются вещества, например, аморфные, в которых все физические свойства одинаковы по всем направлениям.
Одним из факторов, определяющих разнообразный состав минералов является изоморфизм, способность одних элементов замещать другие в структуре минералов без изменения самой структуры. Замещение может быть изовалентным, если элементы одинаковой валентности замещают друг друга или гетеровалентным, когда замещающие ионы имеют различную валентность.
Важную роль в составе минералов играет вода и гидроксильные группы, в зависимости от положения которых в кристаллической структуре различают воду: 1) конституционную; 2) кристаллизационную и 3) адсорбционную. 1-ая связана со структурой минералов теснее всего и входит в состав многих силикатов, окислов и кислородных солей в виде ОН-. 2-ая - занимает крупные полости в структуре алюмосиликатов и при нагревании постепенно отделяется. 3-ий тип воды отделяется от минералов при нагревании до 110°С и является самой распространенной разновидностью.
Минералы чаще всего образуют срастания или агрегаты, в каждом из которых отдельные минералы характеризуются внешним обликом – размером и формой выделения. Если минерал хорошо огранен он называется идиоморфным, а если обладает направленными очертаниями – ксеноморфным.
По своему происхождению минералы подразделяются на эндогенные (эндо – греч., внутри), связанные с земной корой и мантией и экзогенными (экзо – греч., снаружи), образующиеся на поверхности земной коры.
2. Горные породы
Строение горных пород характеризуется структурой и текстурой. Структура определяется состоянием минерального вещества, слагающего породу (кристаллическое, аморфное, обломочное), размером и формой кристаллических зерен или обломков, входящих в ее состав, их взаимоотношениями.
Под текстурой породы понимают расположение в пространстве слагающих ее минеральных агрегатов или частиц горной породы (кристаллических зерен, обломков и др.). Выделяют плотную и пористую текстуры, однородную или массивную и ориентированную (слоистую, сланцеватую и др.). В основу классификации горных пород положен генетический признак. По происхождению выделяют:
1) магматические, или изверженные, горные породы, связанные с застыванием в различных условиях силикатного расплава — магмы и лавы;
2) осадочные горные породы, образующиеся на поверхности в результате деятельности различных экзогенных факторов;
3) метаморфические горные породы, возникающие при переработке магматических, осадочных, а также ранее образованных метаморфических пород в глубинных условиях при воздействии высоких температур и давлений, а также различных жидких и газообразных веществ (флюидов), поднимающихся с глубины.
Магматические горные породы наряду с метаморфическими слагают основную массу земной коры, однако на современной поверхности материков области их распространения сравнительно невелики. В земной коре они образуют тела разнообразной формы и размеров, состав и строение которых зависит от химического состава исходной магмы и условий ее застывания. В основе классификации магматических горных пород лежит их химический состав. Учитывается прежде всего содержание оксида кремния, по которому магматические породы делятся на четыре группы: ультраосновные породы, содержащие менее 45 % SiO2 , основные — 45-52%, средние -52-65 % и кислые — более 65 %.
В зависимости от условий, в которых происходило застывание магмы, магматические породы делятся на ряд групп: породы глубинные, или интрузивные, образовавшиеся при застывании магмы на глубине, и породы излившиеся, или эффузивные, связанные с охлаждением магмы, излившейся на поверхность, т.е. лавы.
Ультраосновные породы (гипербазиты, или ультрамафиты) в строении земной коры играют незначительную роль, причем наиболее редки эффузивные аналоги этой группы (пикриты и коматииты). Все ультраосновные породы обладают большой плотностью (3,0-3,4), обусловленной их минеральным составом.
Основные породы широко распространены в земной коре, особенно их эффузивные разновидности (базальты).
Габбро - глубинные интрузивные породы с полнокристаллической средне- и крупнозернистой структурой.
Базальты — черные или темно-серые вулканические породы. Базальты залегают в виде лавовых потоков и покровов, нередко достигающих значительной мощности и покрывающих большие пространства (десятки тысяч км2) как на континентах, так и на дне океанов.
Средние породы характеризуются большим содержанием светлых минералов, чем цветных, из которых наиболее типична роговая обманка. Такое соотношение минералов определяет общую светлую окраску породы, на фоне которой выделяются темно-окрашенные минералы.
Диориты — глубинные интрузивные породы, обладающие полнокристаллической структурой. Излившимися аналогами диоритов являются широко распространенные андезиты, обладающие обычно порфировой структурой.
Для всех кислых пород характерно наличие кварца. Кроме того, в значительных количествах присутствуют полевые шпаты — калиевые и кислые плагиоклазы.
Граниты - глубинные интрузивные породы, обладающие полнокристаллической, обычно среднезернистой, реже крупно- и мелкозернистой структурой. Породообразующие минералы - кварц (около 25-35 %), калиевые полевые шпаты (35-40 %) и кислые плагиоклазы (около 20-25 %), из цветных минералов - биотит, в некоторых разностях частично замещающийся мусковитом. Излившимся аналогом гранитов являются риолиты, аналогами гранодиоритов — дациты.
Осадочные горные породы. На поверхности Земли в результате действия различных экзогенных, т.е. внешних, факторов образуются осадки, которые в дальнейшем уплотняются, претерпевают физико-химические изменения - диагенез, и превращаются в осадочные горные породы, тонким чехлом покрывают около 75 % поверхности континентов. Многие из них являются полезными ископаемыми, другие — содержат таковые.
Среди осадочных пород выделяются три группы:
1) обломочные породы, возникающие в результате механического разрушения каких-либо пород и накопления образовавшихся обломков;
2) глинистые породы, являющиеся продуктом преимущественно химического разрушения пород и накопления возникших при этом глинистых минералов;
3) химические (хемогенные) и органогенные породы, образовавшиеся в результате химических и биологических процессов. Обломочные породы по размерам обломков подразделяются на несколько типов.
Грубообломочные породы. В зависимости от формы и размеров обломков среди пород этого гранулометрического типа выделяются следующие: глыбы и валуны — соответственно угловатые и окатанные обломки размером свыше 200 мм в поперечнике; щебень и галька — при размерах обломков от 200 до 10 мм; дресва и гравий — при размерах обломков от 10 до 2 мм.
Грубообломочные породы, представляющие собой сцементированные неокатанные обломки, называются брекчиями и дресвяниками, сцементированные окатанные обломки — конгломератами и гравелитами.
К среднеобломочным породам относятся распространенные в земной коре пески и песчаники. Первые представляют собой скопление несцементированных окатанных обломков песчаной размерности, вторые - таких-же, но сцементированных.
Мелкообломочные породы. Рыхлые скопления мелких частиц размерами от 0,05 до 0,005 мм называют алевритами. Одним из широко распространенных представителей алевритов является лесс - светлая палево-желтая порода, состоящая преимущественно из остроугольных обломков кварца и меньше - полевых шпатов с примесью глинистых частиц и извести.
Глинистые породы. Наиболее распространенными осадочными породами являются глинистые, на долю которых приходится больше 50 % объема всех осадочных пород. Глинистые породы в основном состоят из мельчайших (меньше 0,02 мм) кристаллических (реже аморфных) зерен глинистых минералов.
Химические и органогенные породы образуются преимущественно в водных бассейнах. На долю карбонатных пород в осадочной оболочке Земли приходится около 14 %. Главный породообразующий минерал этих пород — кальцит, в меньшей степени — доломит. Соответственно, наиболее распространенными среди карбонатных пород являются известняки — мономинеральные породы, состоящие из кальцита.
Кремнистые породы состоят главным образом, из опала и халцедона. Так же, как карбонатные, они могут иметь биогенное, химическое и смешанное происхождение.
К биогенным породам относятся диатомиты и радиоляриты, состоящие из мельчайших, не различимых невооруженным глазом скелетных остатков диатомовых водорослей и радиолярий, скрепленных опаловым цементом.
Каустобиолиты (греч. "каустос" — горючий, "биос" — жизнь) образуются из растительных и животных остатков, преобразованных под влиянием различных геологических факторов. Эти породы обладают горючими свойствами, чем и обусловлено их важное практическое значение. К ним относятся породы ряда углей (торф, ископаемые угли), горючие сланцы.
Метаморфические горные породы - результат преобразования пород разного генезиса, приводящего к изменению первичной структуры, текстуры и минерального состава в соответствии с новой физико-химической обстановкой. Главными факторами (агентами) метаморфизма являются эндогенное тепло, всестороннее (литостатическое) давление, химическое воздействие флюидов. Постепенность нарастания интенсивности факторов метаморфизма позволяет наблюдать все переходы от первично осадочных или магматических пород к образующимся по ним метаморфическим породам. Метаморфические породы обладают полнокристаллической структурой. Размеры кристаллических зерен, как правило, увеличиваются по мере роста температур метаморфизма.
Библиография
1. Аллинсон А., Палмер Д. Геология. М., Мир, 1984.
2. Короновский Н.В. Общая геология. Издательство Московского университета, 2002.
3. Почтарев В.И., Михлин Б.З. Тайна намагниченной Земли. М., Педагогика, 1986.
4. Шейдеггер А. Основы геодинамики. М.: Недра, 1987.