Горные породы: использование с древних времён и до наших дней
Наш доклад начнём с определения, что же такое горная порода. Это различные камни, минералы и другие полезные ископаемые созданные природой. Добыча каменного угля, гранита, базальта, торфа, соли, глины, песка ведётся человеком с незапамятных времён. Сначала он добывал их вручную, а в наши дни эти работы ведутся новейшими машинами.
Как образовывались горные породы
Веками, тысячелетиями полезные ископаемые накапливались в окружающем мире, слёживались и образовывали слои в земной коре. Люди постепенно приучились использовать каменный уголь для обогрева жилищ, добывать соль для употребления в пищу, а камни — для строительства домов, облицовки зданий.
Горные породы могут быть лёгкими и тяжёлыми, твёрдыми и мягкими, сильно и слабо пористыми. От этих показателей зависит долговечность материала и его податливость при обработке. Лёгкий и пористый камень меньше весит. Такой материал легче обрабатывать, но одновременно он менее крепок. Когда в поры попадает вода, то при её замерзании в материале образуются трещины. В результате прочный с виду камень может со временем расколоться.
Земная кора хранит много разных полезных ископаемых.
Фото: flickr.com/tarnie
Огромные валуны, высокие горы кажутся могучими и вечными. Смотришь на них и думаешь, что их ничто не может разрушить — ни время, ни природные стихии. Однако со временем изменяется всё, и горные породы в том числе. На них влияют воды, осадки, ветер, солнце, жара и морозы. И хотя разрушение происходит очень медленно, его нельзя остановить. Постепенно меняется форма и свойства минералов. Их изменения связаны также с деятельностью человека. Он в состоянии разрушить с помощью мощной техники что угодно. Человек быстрее разрушает залежи минералов, чем природа.
Круговорот пород в природе
Образование любых полезных ископаемых начинается с выхода огненной лавы из недр земли. Она остывает и отвердевает. Так получаются магматические горные породы (от слова магма – это и есть лава). Ветер, влага, высокие и низкие температуры дробят камни. Породы перемещаются, оседают и образуют залежи в определённом месте. Так получаются осадочные минералы. С течением времени горные массивы погружаются в земную кору, где плавятся и превращаются в лаву. Лава вновь вырывается на поверхность земли, застывает, и рождение камней начинается заново.
Вулкан выбрасывает на земную поверхность раскалённые обломки, пепел и магму.
Фото: flickr.com/danielmennerich
Изучение
Для того чтобы изучить камень, его нужно распилить. И если не полностью, то хотя бы частично, сделать небольшой спил. Так можно узнать его историю, особенности и время появления. Подробное исследование проводится при помощи микроскопа.
Самые распространённые горные породы
Разные горные породы человечество использует по-разному — какие-то больше, какие-то меньше. Среди наиболее применяемых:
В природе встречаются залежи мрамора разных оттенков.
И в конце нашего сообщения перечислим некоторые полудрагоценные камни — они тоже относятся к горным породам. В России добывают:
Из этих камней делают ювелирные изделия, а также украшают различные предметы и помещения.
Происхождение минералов
Минералы — это однородные природные тела, которые представляют собой химические соединения определенного состава. У них кристаллическая структура, они образовались в результате геологических процессов и считаются компонентами пород. Существует три версии происхождения минералов:
Твердые материалы могут формироваться из-за застывания и кристаллизации магмы. В этот сплав входят силикаты, а также практически все химические элементы. Некоторые летучие вещества попадают в трещины кристаллизующихся пород. Они преобразуют их, так формируются разные виды руд: вольфрамовые, оловянные, молибденовые. А при снижении температуры образуются месторождения меди, золота, свинца, цинка, серебра и олова.
При метаморфических процессах минералы образуются под воздействием температуры и давления. Это явление связано со сменой биологической обстановки. При региональном метаморфизме оказываются затронутыми значительные площади на глубинах. А в результате контактного процесса магма воздействует на толщу известняков.
Экзогенные процессы основаны на энергии солнца. Они происходят при небольшой температуре и обычном давлении у земной поверхности. При этом обнажившиеся или залегающие на малых глубинах породы выветриваются, размываются водой и разрушаются живыми организмами.
Принятая классификация
Геологи до сих пор исследуют некоторые минералы и выясняют, какими они бывают. На основе их работ можно выделить несколько типов твердых материалов. Они разделяются по своей структуре и химическим свойствам:
К классу силикатов относятся соли кремниевых кислот. Они входят в состав любой горной породы. Это самый многочисленный тип минералов на Земле. Карбонаты — это соли угольной кислоты. Самые известные из них: кальцид, магнезит, доломит. Оксиды и гидроксиды так называют из-за их химического строения. Эти минералы — соединения гидроксильных групп и кислорода. К ним относятся кварц, гематит.
В составе сульфидов содержится сера, а сульфатов — соли и её кислоты. К первой группе относятся пирит и киноварь, а ко второй — гипс и ангидрид. Галоиды и фосфаты — это соли галоидной и фосфорной кислоты соответственно. Первый класс включает сильвин и флюорит, а второй — апатит и фосфорит. Вольфраматы — это соли вольфрамовой кислоты. Определение самородных элементов также связано с их свойствами. Это минералы, включающие только какое-то одно составляющее: золото, алмаз, серу.
Основные свойства
Все минералы обладают своими химическими и физическими свойствами. Об этом стоит рассказать в докладе про горные породы и их элементы. К физическим свойствам относят хрупкость, колкость, ломкость и гибкость. Один из самых важных показателей для минералов — это твердость. Самым мягким считается тальк, а наиболее прочным — алмаз.
К этим свойствам минералов стоит также отнести спайность, излом и побежалость. Первое понятие означает способность материала раскалываться по кристаллическому направлению. Побежалостью называют наличие тонкой цветной пленки на поверхности, она образуется с помощью окисления. А изломы формируются при ударе.
Есть у минералов и оптические свойства:
У одних материалов цвет может быть однородным, у других он изменчив. Некоторые минералы проходят множество модификаций. То есть в них включены примеси, или они меняют окрас в зависимости от освещения. Цвет черты проявляется при царапанье. Именно такой оттенок приобретает минерал, если его растереть в порошок. Отражательная способность — это блеск, какой создаёт световой поток. Дорогие разновидности минералов искрятся под солнечными лучами. Магнитными свойствами обладают те материалы, в состав которых входит двухвалентное железо.
Области применения
Сегодня человек научился использовать более 15% известных минералов. В основном они применяются в промышленности. Область их использования чаще всего зависит от физических свойств:
В медицине используется тальк, на его основе производят смазки. Асбестовые смеси давно применяются в стройке, это хороший теплоизолятор. А флюорит, благодаря своим свойствам, используется в оптике. Все минералы делят на рудные и нерудные. Из первых можно добывать металлические элементы, а из вторых — неметаллическое сырье для медицины, химии или стройки.
Камни используются и в ювелирном деле. В этом случае их разделяют по ценности. Самыми дорогими считаются ювелирные — алмаз, жемчуг, пирит. А наиболее дешевыми — оникс, обсидиан, алебастр. Последние еще называют поделочными.
Горные породы
Горными породами называется любая масса одного или нескольких минералов, органических веществ, которые являются продуктами природных процессов. Такие вещества могут быть в разном агрегатном состоянии: консолидированном, твёрдом или рыхлом (мягком). Породы слагают земную кору, а их строение и состав зависят от геологических процессов. Для лучшего понимания можно привести примеры: песок, торф, мел, гранит, глина, каменный уголь.
Впервые термин «горные породы» использовал минералог Василий Севергин в 1798 году. Он состоит из двух слов, которые теряют свой смысл по отдельности. Но иногда определение сопровождается дополнительными словами. Породы могут быть щелочными, магматическими.
Известные группы
Все породы разделены на определенные группы. Классификация основывается на их происхождении. Геологи долгое время исследовали различные материалы, чтобы понять, как они сформировались. В результате они выявили три группы:
Магматические породы могут кристаллизоваться на глубине или на земной поверхности, а также на дне океана. Большинство из них в основном сформированы из кремния, это силикатные расплавы. Реже встречаются металлы, сульфиды и карбонаты. Самая важная характеристика этой группы — химический состав, материалы содержат кремнезём и щёлочи. Основные магматические породы: вулканическое стекло, пемза, обсидиан.
Метаморфическая группа формируется в толще земной коры из-за изменений, происходящих с осадочным или магматическим слоем. На неё воздействуют активные химические соединения и водные растворы. Породы могут изменяться под действием давления и высокой температуры. Основные примеры метаморфических пород: хлориты, тальковые и глинистые сланцы, кварцит и гнейсы.
Осадочная группа образуется на поверхности земли в результате изменения морских и континентальных осадков. В неё входят обломочные, глинистые и хемогенные породы. Первые представлены грубыми продуктами, образованными из-за механического разрушения материнских слоев. Глинистые виды — это дисперсные материалы, сформировавшиеся из-за преобразования силикатных минералов. Хемогенные породы основаны на растворах соли, углей или органогенных известняков.
Особенности метеоритов
Метеоритами называют тела космического происхождения, которые упали на поверхность небесного объекта. Большинство из тех, что были найдены на Земле, имеют массу не более нескольких килограммов. Но самым крупным считается метеорит Гоба: его вес составил примерно 60 тонн. Изначально существование этих пород не признавалось, их остатки даже были изъяты из музеев и коллекций. Позже метеоритами занимались многие геологи и ученые. А в Российской академии наук даже есть специальный комитет, занимающийся сбором, исследованиями и хранением остатков.
Чаще всего встречаются каменные метеориты. В их состав входят силикаты — оливин и пироксены, энстатиты. Раньше ученые считали, что большинство космических тел были образованы в результате разрыва одного или нескольких крупных объектов. Но позже анализы метеоритов показали, что они являются осколками множественных астероидов.
Основные различия
Людям, которые не разбираются в геологии, не всегда понятно, чем отличаются горные породы от минералов. Хотя материалы обеих групп являются соединениями природного происхождения, между ними есть разница. И минералы, и породы входят в состав земной коры и представляют большой интерес для науки.
Минералами называются самородные, устойчивые химические элементы с уникальными свойствами. Они образуются вследствие сложных природных процессов. Но сегодня человек научился выращивать их самостоятельно в лабораториях, на морских заводах и фермах. Породы состоят из одного или нескольких минералов. Именно поэтому у них могут быть одинаковые названия, но в состав одной породы могут входить самые разные минералы.
Основное различие между двумя понятиями заключается в неоднородности. Если минералы построены на основе кристаллической решётки, то горные породы состоят из микрочастиц, которые соединены в хаотическом порядке. То есть у такого материала нет единой структуры.
Земная кора состоит из множества минералов и пород. У них разное происхождение, физические и химические свойства. А человек уже давно научился не только добывать и использовать их в разных сферах, но и выращивать минералы самостоятельно.
Где и как человек использует горные породы? *
Графит. Из него делают стержень для карандашей. Он являет собой аллотропную модификацыю углерода. Также графит используют в ядерных реакторах для того, что бы контролировать интенсивность процесса.
Гранит, мрамор используются в строительстве.
Доломиты представляют собой хемогенные осадочные породы, в состав которых входит минерал доломита. Они широко применяются в резиновой, строительной, фарфоровой и фаянсовой промышленности.
Из известняка производят соляную кислоту, кальцинированную соль, уксусную кислоту, ацетилен, каустическую соду, карбид кальция, изделия из резины, в цементной, пищевой промышленности.
Из глины изготавливают черепицу, глиняную посуду, кирпичи, трубы, фаянс, фарфор, и многое другое. Широко применяют глину в медицине и косметике.
Бентонитовые или монтмориллонитовые глинистые породы появляются при выветрива-нии эффузивных пород, которые содержат вулканическое стекло, средних и ультраоснов-ных пород. Свое название монтмориллонитовые глины получили от названия местности во Франции Монтморилльон. Такие глины могут возникнуть в эффузивных и обломочных породах, в состав которых входят пирокластический материал, в морских или лагунных водах при преобразованиях глинистых материалов и вулканического стекла на стадии диагенеза. Гидрослюды, монтмориллонит являются по-родообразующими минералами.
Такие глинистые породы зеленоватого, серо-белого, желтоватого оттенка, пластичные, жирные, разбухают в жидкости до 10 раз в объеме.
Их используют в нефтеперерабатывающей, металлургической, химической, бумажной, медицинской, мыловаренной промышленности. Этой глиной очищают жиры, масла, соки в пищевой промышленности.
Человек очень широко использует пески и песчаники в различных отраслях производст-ва. Их применяют для изготовления стекла, силикатного кирпича, вместе с гравием они входят в состав бетона, используются при сооружении автомобильных и железных дорог, в строительстве, металлургии и многом другом
Графит. Из него делают стержень для карандашей. Он являет собой аллотропную модификацыю углерода. Также графит используют в ядерных реакторах для того, что бы контролировать интенсивность процесса.
Гранит, мрамор используются в строительстве.
Доломиты представляют собой хемогенные осадочные породы, в состав которых входит минерал доломита. Они широко применяются в резиновой, строительной, фарфоровой и фаянсовой промышленности.
Из известняка производят соляную кислоту, кальцинированную соль, уксусную кислоту, ацетилен, каустическую соду, карбид кальция, изделия из резины, в цементной, пищевой промышленности.
Из глины изготавливают черепицу, глиняную посуду, кирпичи, трубы, фаянс, фарфор, и многое другое. Широко применяют глину в медицине и косметике.
Бентонитовые или монтмориллонитовые глинистые породы появляются при выветрива-нии эффузивных пород, которые содержат вулканическое стекло, средних и ультраоснов-ных пород. Свое название монтмориллонитовые глины получили от названия местности во Франции Монтморилльон. Такие глины могут возникнуть в эффузивных и обломочных породах, в состав которых входят пирокластический материал, в морских или лагунных водах при преобразованиях глинистых материалов и вулканического стекла на стадии диагенеза. Гидрослюды, монтмориллонит являются по-родообразующими минералами.
Такие глинистые породы зеленоватого, серо-белого, желтоватого оттенка, пластичные, жирные, разбухают в жидкости до 10 раз в объеме.
Их используют в нефтеперерабатывающей, металлургической, химической, бумажной, медицинской, мыловаренной промышленности. Этой глиной очищают жиры, масла, соки в пищевой промышленности.
Человек очень широко использует пески и песчаники в различных отраслях производст-ва. Их применяют для изготовления стекла, силикатного кирпича, вместе с гравием они входят в состав бетона, используются при сооружении автомобильных и железных дорог, в строительстве, металлургии и многом другом
Графит. Из него делают стержень для карандашей. Он являет собой аллотропную модификацыю углерода. Также графит используют в ядерных реакторах для того, что бы контролировать интенсивность процесса.
Графит. Из него делают стержень для карандашей. Он являет собой аллотропную модификацыю углерода. Также графит используют в ядерных реакторах для того, что бы контролировать интенсивность процесса.
Гранит, мрамор используются в строительстве.
Доломиты представляют собой хемогенные осадочные породы, в состав которых входит минерал доломита. Они широко применяются в резиновой, строительной, фарфоровой и фаянсовой промышленности.
Из известняка производят соляную кислоту, кальцинированную соль, уксусную кислоту, ацетилен, каустическую соду, карбид кальция, изделия из резины, в цементной, пищевой промышленности.
Из глины изготавливают черепицу, глиняную посуду, кирпичи, трубы, фаянс, фарфор, и многое другое. Широко применяют глину в медицине и косметике.
Бентонитовые или монтмориллонитовые глинистые породы появляются при выветрива-нии эффузивных пород, которые содержат вулканическое стекло, средних и ультраоснов-ных пород. Свое название монтмориллонитовые глины получили от названия местности во Франции Монтморилльон. Такие глины могут возникнуть в эффузивных и обломочных породах, в состав которых входят пирокластический материал, в морских или лагунных водах при преобразованиях глинистых материалов и вулканического стекла на стадии диагенеза. Гидрослюды, монтмориллонит являются по-родообразующими минералами.
Такие глинистые породы зеленоватого, серо-белого, желтоватого оттенка, пластичные, жирные, разбухают в жидкости до 10 раз в объеме.
Их используют в нефтеперерабатывающей, металлургической, химической, бумажной, медицинской, мыловаренной промышленности. Этой глиной очищают жиры, масла, соки в пищевой промышленности.
Человек очень широко использует пески и песчаники в различных отраслях производст-ва. Их применяют для изготовления стекла, силикатного кирпича, вместе с гравием они входят в состав бетона, используются при сооружении автомобильных и железных дорог, в строительстве, металлургии и многом другом
Горные породы – богатство и щит планеты
Горные породы окружают нас повсюду. Это и песок в песочнице, и стены дома, и декоративные изделия. Вообразить существование нашей цивилизации без них сложно.
Что такое горная порода
Горные породы – это массы из одного либо нескольких видов минеральных компонентов, органического вещества. Они сформированы природными процессами и слагают земную кору.
В широком смысле к горным породам причисляют также воду, жидкие углеводороды и газы.
Это предмет изучения нескольких наук: литологии, петрографии, петрофизики, геохимии, геодинамики.
Термин «горная порода» ввел в научный оборот в 1798 году русский химик и минералог Василий Севергин.
Разновидности
Наиболее популярна классификация минерального сырья по происхождению. Выделяют четыре класса горных пород.
Магматические
Формируются в результате остывания магмы. Состав и свойства зависят от температуры, давления, глубины извержения, минерального и химического состава расплава.
Магматические горные породы
Магматические горные породы подразделяются на интрузивные и эффузивные:
Разновидность интрузивных – гипабиссальные породы. Они образуются на меньшей глубине. Отличить от интрузивных позволяет неравномерно-зернистая текстура.
Магматическое сырье классифицируется как первичное.
Представители группы: базальт, гранит (и его разновидность пегматит), лабрадорит, габбро.
Базальт
Осадочные
Осадочные горные породы формируются на поверхности или очень малой глубине при низкой температуре и давлении.
Осадочные породы
Это результат нескольких процессов:
Осадочный материал считается вторичным. Его отличает слоистость и залегание пластами.
Применение гипса
Метаморфические
Метаморфические, то есть измененные, руды создаются, когда осадочные и магматические изменяются под воздействием окружающей среды.
Если температура заставляет породу плавиться, говорят об ультраметаморфизме. Такой процесс уравнивает метаморфические горные породы с магматическими.
Представители: мрамор, кварцит, гнейс, глинистый сланец.
Сланец в интерьере
Метасоматические
Метасоматические горные породы – итог взаимодействия с жидкостями. Вода, расплавы карбонатов, силикатов, других соединений проходят сквозь рудную толщу. Материнская руда остается твердой, но, насыщаясь, меняет химический состав.
Их легко отличить по зональности, создаваемой потоком. При этом каждая зона выглядит по-своему.
Представители: вторичные кварциты, березиты, гумбеиты, скарны, альбититы.
Скарн дальнегорский
90% объема земной коры – это магматические, метасоматические и метаморфические горные породы. Однако осадочные (10% объема) охватывают три четверти поверхности планеты.
Возраст
Ученые и геологи определяют возраст горных минералов по двум шкалам.
Относительный
Возраст горных пород определяется относительно друг друга: какая моложе, какая старше.
Это выясняют стратиграфическим или палеонтологическим методами:
Оба метода берут за основу расположение слоев породы в земной коре.
Абсолютный
Точный возраст залежей выясняют по состоянию радиоактивных элементов в составе.
Степень распада радиоактивных элементов известна точно, у него постоянная скорость, на которую не влияют внешние катаклизмы. Это позволяет установить возраст горной породы с точностью до сотен лет.
Обычно используются уран-235 или 238, торий-232, углерод-14.
Выбор изотопа зависит от предполагаемого возраста породы:
Для определения возраста рассчитывают отношение массы вновь образованного элемента к массе используемого радиоактивного изотопа.
Месторождения
Горные породы – основа земной коры, почти все их месторождения имеют промышленное значение.
Их классифицируют по нескольким признакам:
Объемы добычи измеряются миллионами тонн, цена почти всегда устанавливается также за тонну. Исключение – радиоактивные, декоративные материалы. Например, каррарский мрамор.
Свойства и характеристики
Каждая горная порода наделена характеристиками и свойствами, которые создают ее уникальное описание. Среди основных – структура и текстура.
Структура создается зернистостью (форма и габариты зерен), кристалличностью, соотношением компонентов:
Текстура – это взаимное расположение и распределение компонентов в объеме:
Текстура отражает слоистость, пористость, массивность, цвета, оттенки породы.
Сферы применения
В отличие от драгоценных минералов, горные породы имеют, в первую очередь, утилитарное, прикладное значение. Но могут приносить и эстетическое наслаждение.
Хозяйственный комплекс
Промышленность, другие отрасли используют горные породы всех видов:
Без горных минералов не обходится пищевая, химическая отрасль, машино-, приборостроение.
Нашли применение даже алмазы. Рядовое сырье служит абразивом, элитный горный минерал превращается в бриллиант.
Его разновидность графит становится стержнями в карандашах и ядерных реакторах.
Применение графита
Другие сферы
Достоянием истории стала античная скульптура из мрамора, греческий Парфенон, средневековые храмы.
Современными мастерами-камнерезами востребованы гранит, мрамор, яшмы, эстетические разновидности другого сырья. Из них изготавливают статуи, канделябры, настольные приборы, резные каминные полки, другие подобные изделия. А также эзотерический ассортимент, раскупаемый адептами эзотерики, магами, целителями.
Столешницы из мрамора
Собиратели минералогических коллекций не упустят возможности приобрести даже рядовой экземпляр для полноты ассортимента.
Зачем нужно изучать свойства пород
Выявление свойств горных пород имеет практическое значение:
При разработке месторождения учитывают объемы залежей плюс характер сырья: твердость, плотность, цельность, степень выветривания. Исходя из этого, подбирают технику, определяют количество, состав бригады, время на выполнение работ.
Точные физико-технические характеристики породы помогают разработать оптимальную технологию их использования.
Для строителей имеет значение массивность, прочность, истираемость породы. У декораторов в приоритете красота и возможность обработки.
