Генезис минералов

Генезис минералов (минералообразование) - учение о генезисе минералов занимается процессами образования минералов. Минералы представляют из себя определенные химические соединения или изоморфные смеси таких соединений (см. изоморфизм), образовавшиеся естественным путем на Земле.

Каждый минерал является памятником физического или химического процесса, шедшего на Земле, иногда в весьма отдаленное от нас время. Изучив минералы какого-нибудь определенного места на земном шаре и определив генезис их, мы можем восстановить картину химических процессов, один за другим шедших в этой местности. От этих частных проявлений химической жизни Земли можно перейти к более общим представлениям о генетических условиях различных частей земного шара по отношению к поверхности и изменению этих условий генезиса минералов в слоях различной глубины, наконец, изменение генетических явлений с течением времени. В этом заключается научный и практический интерес изучения генезиса минералов. Зная условия генезиса определенного минерала, его устойчивость при природных условиях можно прогнозировать при каких условиях и в каких местностях можно ждать тех или иных руд и месторождений важных металлов. Эти и тому подобные вопросы могут быть решены только при широком развитии и распространении учения о генезисе минералов, которые отчасти и сложились под влиянием практических потребностей.

Все геологические процессы, происходящие на Земле, принято называть эндогенными, т.е. происходящими внутри Земли (в земной коре, астеносфере или мантии), и экзогенными, т.е. происходящими непосредственно на земной поверхности или близ нее. Так минералогами выделяются эндогенные и экзогенные процессы минералообразования и парагенетические ассоциации. Процессы минералообразования легко сгруппировать по источникам энергии в три группы.

Процессы магматогенные (гипогенные). Образование минералов непосредственно связано с застыванием и кристаллизацией расплавленной магмы, внедряющейся в толщу земной коры или же изливающейся на земную поверхность при вулканических извержениях. Магма — «огнежидкий» расплав-раствор — в основном состоит из соединений кремния (силикатов) и содержит все известные химические элементы. Если магма не может преодолеть сопротивления вышележащей толщи пород и не прорывается на земную поверхность, то она постепенно застывает и в ней начинается массовая кристаллизация силикатов, т. е. минералов, содержащих кремнезем. К ним относятся породообразующие минералы, слагающие граниты, сиениты, диориты и другие кристаллические породы.

В наибольшем количестве в этих породах содержатся полевые шпаты, роговые обманки, слюды, граниты, оливин и др. Для своего образования они заимствовали из магмы кремний, кальций, алюминий, железо, магний, натрий, калий, титан, кислород, водород. Следовательно, в процессе кристаллизации происходит обеднение магмы этими элементами и обогащение остаточного расплава (по терминологии академика А. Е. Ферсмана) летучими веществами и тяжелыми элементами.

Температура внедряющейся в земную кору магмы около 1200° С. К концу процесса кристаллизации она падает на 500—600° С, и остаточный расплав внедряется в трещины закристаллизовавшихся пород, уже имея 500—600° С. Образовавшиеся таким образом пегматитовые жилы характеризуются очень крупными размерами (до 50 см и более) слагающих их кристаллов полевых шпатов, кварца, слюд и почти постоянным присутствием кристаллов берилла, турмалина, монацита, минералов редких элементов и т. п. Это настоящие природные музеи, как их называют минералоги. Есть и другие пути образования пегматитов.

Часть летучих веществ вместе с соединениями ценных металлов проникает по трещинам в толщу уже закристаллизовавшихся пород. Воздействуя на слагающие их минералы, эти вещества изменяют их, образуя новые. Таким путем образуются в гранитах характерные горные породы — грейзены, состоящие из кварца, светлых слюд, топаза, редких элементов, а также ценные вольфрамовые, молибденовые, оловянные и редкометалльные руды. При дальнейшем падении температуры начинает выделяться вода в капельно-жидком состоянии, образуя гидротермальные растворы (“горячеводные” в переводе с греч.). Из таких растворов образовались многие месторождения золота, серебра, меди, свинца, цинка, урана, олова, сурьмы, ртути, мышьяка и др. Обычная форма выделения— кварцевые жилы, часто с кальцитом, флюоритом, баритом. Летучие соединения, взаимодействуя с вмещающими породами, образуют новые минералы, нередко слагающие ценные месторождения.

Вторую группу процессов представляют метаморфические (эндогенные), вызывающие изменения горных пород в глубинах земного шара под влиянием господствующих в недрах высоких температур и давлений. Эти весьма сложные процессы возникали в связи с изменениями геологической обстановки и первоначального залегания пород. Различают следующие типы метаморфизма: региональный, захватывающий значительные площади и происходящий на больших глубинах (при этом образуются сланцы, гнейсы); контактовый — возникает при действии внедрившейся магмы, особенно гранитной, на известняки, мергель, которые переходят в мраморы и скарны — породы, состоящие из гранитов, пироксенов и других минералов. С этими породами иногда связаны крупнейшие месторождения железа, а также вольфрама, молибдена, олова и кобальта.

Третьей группой процессов минералообразования являются экзогенные, обусловленные внешними факторами, связанными с деятельностью Солнца. Эти процессы происходят вблизи земной поверхности в условиях невысокой температуры и обычного атмосферного давления. Сущность их состоит в том, что обнажающиеся на поверхности, а также залегающие на небольших глубинах породы, руды подвергаются разрушению — выветриванию под воздействием экзогенных факторов. При первоначальном механическом (или физическом) разрушении породы растрескиваются, рассыпаются на составляющие минералы, которые переносятся реками, атмосферными водами, ветром. Легкие минералы уносятся, а более прочные и тяжелые, скопляясь, образуют россыпи золота, платины, алмаза, циркона, минералов вольфрама и олова, гранатов, магнетита и др. Большинство породообразующих минералов, особенно полевые шпаты, подвергается при этом разрушению и растворению. Эти растворы поступают в реки, подземные воды и затем в замкнутые озера и океан, повышая в них запасы солей. В районах с засушливым климатом происходит осаждение различных солей с образованием месторождений гипса, мирабилита, каменной соли, калийных и других “солеобразных” минералов под действием атмосферных и подземных вод (особенно содержащих кислород, окислы азота, углекислый газ), низших организмов, растений и человека происходит постоянное видоизменение всей поверхности Земли. Иначе говоря, минералообразование происходит в результате взаимодействия факторов атмосферы, гидросферы и биосферы на верхнюю пленку земной коры, на уже имевшиеся минералы. Поэтому такие вновь образовавшиеся минералы называются гипергенными (“заново образовавшимися” в переводе с греч.).

Большое значение имеют биохимические осадки, образующиеся в результате жизнедеятельности организмов. К ним относятся горючие ископаемые, известняки, мел, некоторые бурые железняки, самородная сера, фосфориты, выделившиеся при участии бактерий и водорослей. Интересно напомнить, что имеются крупные месторождения, например урана, связанные с торфом, каменными углями, нефтью, фосфоритами (см. биоминералогия).

Впервые интерес к генезису минералов проявился в горных странах. Брейтгаупт в первой половине нашего столетия соединил в единое целое опыт рудокопов и наблюдения ученых (напр. Фурнэ и др.), создав учение о парагенезисе. Интерес несколько ослаб к 60-80 гг. XX столетия, но теперь мы присутствуем при новом возбуждении интереса к вопросам генезиса минералов.

Литература

Соболевский В.И. Замечательные минералы. Книга для учащихся. Изд. 2-е, доп. М. Просвещение 1923г. 191 с.

Миловский А. В., Кононов О. В. Минералогия. М., МГУ, 1982. Станкеев Е.А. Генетическая минералогия. М., Недра,1986