Причины и условия образования минералов

Содержание

Введение…………………………………………………………………...2

1. Основные свойства минералов…………………………………………...3
2. Генезис минералов………………………………………………………...5
1. Экзогенный процесс…………………………………………….....5
2. Эндогенный процесс……………………………………………....8
3. Метаморфический процесс……………………………………......9
4. Парагенезис………………………………………………………...9
3. Причины и условия образования минералов…………………………...10

Заключение………………………………………………………………..15

Список литературы……………………………………………………….16

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

Генезис (от греч. genesis) означает происхождение, возникновение, процесс образования. Например, в биологических науках генезис почв — это происхождение и процесс образования почв. Аналогично и мы будем понимать под генезисом минерала его происхождение, возникновение, процесс его образования. Более конкретно и предметно: в понятие генезиса минералов мы включаем как моменты предыстории, создающей в зависимости от геологической обстановки те или иные условия для кристаллизации минералов, так и саму историю их жизни — зарождение, рост, существование. Рассматривая генезис минералов с позиций диалектики природы, нельзя остановиться и исключить из истории жизни следующий этап эволюции вещества — изменения минералов и их разрушение. Конкретные явления зарождения зерен и индивидов минерала, их рост и последующие изменения и разрушение объединяются Д. П. Григорьевым под общим названием онтогении минерала. Генетическая минералогия изучает генезис минералов в полном объеме этого понятия, начиная с геологических факторов и физико-химической обстановки образования минералов, исследуя процессы зарождения кристаллов, их роста и существования и кончая явлениями их разрушения.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Основные свойства минералов

Минералы - относительно конкретные и достаточно устойчивые химические соединения и самородные элементы, характеризующиеся строго постоянным внутренним строением. Обычно к минералам относят природные образования, возникшие в результате физико-химических процессов в недрах и на поверхности земной коры. Однако к ним нельзя не отнести и выращиваемые в лабораториях и на заводах драгоценные камни, минеральные образования, получаемые при моделировании геологических процессов, жемчуг, выращиваемый как аквакультура. На сегодня известно до 4000 минералов. Разумеется, существуют различные их систематики. В пособии использован принцип, базирующийся на выделении классов, подклассов, групп дробных химических классификационных единиц. Деление на основе химической конституции отражает многие свойства минералов, позволяющие их диагностировать. В определителе приведены основные свойства наиболее типичных представителей самородных элементов, сульфидов, сульфатов, галлоидов, фторидов, фосфатов, карбонатов, окислов и силикатов. Основные свойства присущи всем минералам, поэтому диагностика основывается на различиях в характеристиках этих признаков. Кроме того, диагностике помогают дополнительные признаки, отражающие специфические свойства, присущие далеко не всем, и даже единственным в своем роде, минералам, но позволяющие быстро и однозначно идентифицировать их. В определителе учтены как основные (химизм, строение, минеральные агрегаты, твердость, плотность, спайность, излом, цвет, черта, блеск, генезис), так и дополнительные (магнитные и электрические свойства, гигроскопичность, запах, вкус, горючесть, упругость, ковкость, радиоактивность) свойства и приведены сведения относительно практического использования минералов. Строение минералов. В природе существуют твердые, жидкие и газообразные минеральные образования. Твердые минералы могут быть кристаллическими и аморфными. Кристаллические состоят из множества одинаковых структурных элементов, образующих упорядоченную пространственную (кристаллическую) решетку. Различают атомный, ионный и молекулярный типы решеток, которые определяют анизотропность (различные свойства), изотропность (одинаковые свойства) кристаллов и их способность самоограняться. Кристаллы - как природные, так и искусственные – имеют форму многогранников. Они могут быть изотропными и анизотропными. Аморфные минералы всегда изотропны. Способность веществ при одинаковом химическом составе кристаллизоваться в разных формах называется полиморфизмом (многоформностью). Например: алмаз и графит, пирит и марказит, кальцит и арагонит. Разная структура полиморфных разновидностей объясняет их различные свойства. Некоторые вещества разного химического состава могут образовывать сходные кристаллографические формы. Такие вещества могут создавать смешанные формы, содержащие исходные компоненты в разной пропорции. Это явление называется изоморфизмом, а смеси именуются изоморфными. В качестве примера можно назвать полевые шпаты, изоморфный ряд которых формируется при смешивании альбитовой и анортитовой молекул. В природных условиях чаще всего вырастают не вполне правильные кристаллические формы, имеющие некоторые дефекты, но при любых изъянах углы между соответствующими гранями кристаллов одного и того же вещества остаются одинаковыми и постоянными. Этот закон постоянства гранных углов дает возможность устанавливать идеальную форму кристаллов и точно диагностировать мельчайшие минеральные зерна. Разная степень симметрии кристаллов объясняется различными комбинациями плоскостей, осей центров и симметрии в них. Таких комбинаций может быть 32, и называются они классами (или видами) симметрии. Последние объединяются в 7 систем, или сингоний: кубическую, тетрагональную, гексагональную, ромбическую, тригональную, моноклинную и триклинную. Кубические кристаллы обладают высшей симметрией: их простейший элемент -куб, они изотропны. Кристаллы гексагональной, тетрагональной и тригональной сингоний характеризуются средней симметрией. Они имеют столбчатый, шестоватый, игольчатый, листоватый, таблитчатый, пластинчатый габитус (облик) и шести-, четырех- и трехгранные сечения (соответственно), перпендикулярные длинной оси. Анизотропность выражается в различии основных свойств по длинным и коротким осям. Ромбическая, моноклинная и триклинная сингонии относятся к низшей группе симметрии. Им свойственны весьма разнообразные формы с анизотропными свойствами. У ромбических кристаллов сечение, перпендикулярное длинной оси, имеет форму ромба. Природные минеральные формы (скопления). Природные скопления минеральных зерен, или кристаллов, принято называть минеральными агрегатами. Они могут быть моно- и полиминеральными, т.е. состоять из одного или нескольких минералов. Форма минеральных агрегатов зависит от их состава и условий формирования. Группа кристаллов, наросших на общем основании, образует друзу. Друза сориентированными в одном направлении мелкими сросшимися кристаллами называется щеткой. Эти формы образуются при кристаллизации минералов в пустотах горных пород (кварц, кальцит, гипс). Тот же генезис имеют секреции -минеральные образования, частично или полностью выполняющие полости и растущие от периферии к центру. Секреции могут образовывать как аморфные (халцедон), так и кристаллические (кварц, кальцит) минералы. Крупные секреции именуют жеодами, мелкие - миндалинами. Желваковые образования, возникшие в рыхлых осадочных образованиях на дне древних и современных водоемов как результат стяжения минерального вещества вокруг инородных центров кристаллизации, именуются конкрециями. Конкреции растут от центра к периферии, по строению могут быть радиально- лучистыми и концентрическими. Их формы и размеры весьма различны. Мельчайшими конкрециями являются оолиты (кальцит, арагонит, фосфорит, кремень, сидирит, железо-марганцевые конкреции (жмк) дна современного океана). В пустотах, в том числе и в пещерах, широко распространены натечные формы. Они могут иметь самый различный размер и состав (кальцит, малахит, глинистые минералы, лед и т.д.). Это прежде всего сталактиты, сталагмиты и сталагнаты, почковидные и гроздевидные образования пещер. При быстрой кристаллизации в мелких трещинах и глине солей, выпадающих из подземных вод, образуются тонкие ветвистые древовидные образования - дендриты. Наиболее часто обнаруживаются дендриты амород- ной меди, железистых и марганцевых соединений и т.п.

 

2. Генезис минералов
1. Экзогенный процесс

Экзогенный процесс образования минералов свойствен поверхности и самой верхней части земной коры. Минералы здесь образуются как в континентальных, так и в морских условиях, в тесном контакте и взаимодействии между собой земной коры, атмосферы, гидросферы и биосферы. В сложных процессах минералообразования принимают участие кислород, углекислота из воздуха атмосферы, различного состава водные растворы, живые растительные и животные организмы, их остатки и продукты жизнедеятельности, колебания температур, солнечная энергия.

Многообразие условий в экзогенном процессе можно разделить на три основных вида минералообразования:

1) Разрушение одних и  создание других минералов

2) Выпадение из водных  растворов

3) Биогенное формирование

Первый вид - разрушение одних и создание других минералов происходит на поверхности земной коры в результате процесса выветривания. Магматические минералы, как и магматические горные породы, на поверхности Земли в течение миллионов лет, т.е. в пределах геологического времени, распадаются на составные части , и из продуктов их разрушения формируются новые минералы, устойчивые в данных условиях. Характерными для таких условий являются глинистые минералы, которые широко распространены на земной поверхности, а также минералы, относящиеся к оксидам, карбонатам и сульфатам. В качестве примера можно назвать следующие минералы: из глинистых - каолинит Al4 [Si4O10] (OH)8; оксидов - кварц; карбонатов - кальцит; сульфатов - гипс.

Второй вид - выпадение минералов из водных растворов (моря, океаны, озера, реки, подземные воды и вновь созданные водохранилища). В образовании минералов исключительная роль принадлежит воде. Водный раствор служит минералообразующей средой, поэтому воду иногда образно называют универсальным катализатором.

Проблема воды в минералах - важная составная часть общей проблемы формирования в эволюции вещества земной коры во времени и пространстве. Диапазон минералообразования огромен - от гигантских залежей галита, гипса, боратов. Возникших в неглубоких водоёмах, до крохотных кристаллов на поверхности окисляющихся руд и громадных подземных пещер с гипсовыми и кальцитовыми сталактитами и сталагмитами, массивными колоннами. Натечные образования делают пещеры очень красивыми.

Все природные воды содержат в растворённом виде соли, иногда в очень большом количестве, вплоть до полного насыщения. Так, в воде океанов присутствуют хлориды и сульфаты натрия, калия, магния, кальция (до 35 г\л), в соляных озёрах - хлориды и сульфаты магния и частично натрия и калия, в речной, озёрной воде и водохранилищах - в основном углекислые соли.

Выпадение солей из растворов происходит в периоды интенсивного испарения воды, а также при температурных изменениях в водном растворе. Таким путём формируются минералы: гипс CaSO4*2 H2O, галит NaCl, мирабилит Na2SO4 *10 H2O.

Минералы, рождающиеся в водной среде (или за счёт водной среды), имеют различную деятельность жизни. Это зависит от условий их обитания. Образуясь в водной среде и попав в сухие условия, они могут сохраняться многие годы. Попав снова в водную среду, они растворяются, но в последствии могут вновь родиться, как минералы, но при этом утрачивают первоначальные признаки и приобретают новые.

Минералы, которые быстро рождаются в водной среде и также легко растворяются в ней, называют сезонными. Этим термином подчёркивается их недолговечность, временное бытие.

Среди сезонных минералов можно выделить следующие минеральные виды:

1) Связанные с осаждением  вещества из холодных и термальных  водных растворов

2) Являющиеся следствием  реакций замещения в сухом  виде

3) Сублимированные (путём возгонки) вещества, переходящие при нагревании непосредственно из твёрдого в газообразное состояние.

В природе преобладают первые. Это преимущественно сульфаты железа и алюминия. В их структуре вода присутствует как в молекулярной форме, так и в виде гидроксильных групп. Обилие молекулярной воды предопределяет неустойчивость этих минералов вследствие обезвоживания даже при комнатных температурах.

В состав большинства сезонных минералов входит сера, которая даёт ряд соединений с кислородом, водородом, металлами. Среди сезонных минералов красивые кристаллы достаточно редки, исключение составляет сера. В других случаях сезонные минералы представлены рыхлыми, зернистыми или порошковыми массами. Нередки случаи, когда они имеют форму нитевидных кристаллов - тонких волосоподобных кристаллов, вытянутых вдоль одной из кристаллографических солей.

Третий вид минералообразования - биогенное формирование. Минералы формируются в процессе жизнедеятельности животных и растительных организмов, особенно обильно населяющих мелководные участки морей и других водоёмов. Например, морские водоросли и простейшие морские организмы поглощают углекислый кальций и при отмирании оставляют минеральные накопления в виде кальцита CaCO3 и арагонита CaCO3. Диатомовые водоросли, морские губки используют для своих скелетов кремнезём. Таким же путём возникает минерал опал. Морские, а иногда речные или озёрные моллюски в своих раковинах создают жемчуг (минерал кальцит с примесью органического вещества с изумительно красивой игрой цветов в радужных тонах). Железопоглощающие бактерии создают накопления гидроксида железа (минерал - лимонит - источник формирования бурых железняков).

 

 

 

 

2. Эндогенный процесс

Эндогенный процесс связан с условиями существования глубинных слоёв земной коры. Минералы формируются из магмы - силикатного огненно - жидкого расплава. В целом эндогенный процесс можно разделить на три вида минералообразования:

1) Магмагенный

2) Гидротермальный

3) Пневматолитовый

Магмагенное образование минералов связано непосредственно с магмой. По мере понижения температуры магмы при подъёме её к поверхности Земли возникают:

- Дифференциация расплава

- Кристаллизация и затвердение.

Всё это происходит при наличии в расплаве и окружающих породах высоких температур и давления. Таким путём образуется около 370 минералов, это главным образом силикаты полевых шпатов. Слюд, а также некоторые рудные минералы.

Гидротермальное образование минералов: при остывании магмы образуется ювенильная (магматическая) вода, чрезвычайно насыщенная различными компонентами. Эти водные растворы растекаются по трещинам пород. Окружающих массив остывающей магмы при постепенно снижающихся температурах и давлении, что приводит к последовательному осаждению из растворов различных минералов. Таким путём образуются кальцит, барит, флюорит, самородные элементы (серебро, золото, ртуть), сульфиды (пирит) и другие.

Пневматолическое образование минералов: при остывании магмы идёт бурное выделение газовых компонентов, таких. Как сероводород H2S, фтористый водород HF, а также выпадают бор В, фосфор Р, сера S и другие. Далее в условиях более низких температур они образуют, иногда минуя жидкое состояние, кристаллические минералы: самородную серу, боросодержащие минералы и некоторые другие.

Эндогенные минералы являются породообразующими в магматических горных породах. Много их входит и в состав горных осадочных пород, куда они попадают после разрушения магматических горных пород в процессе выветривания.

3. Метаморфический процесс

Метаморфический процесс: минералы эндогенного и экзогенного генезиса на некоторой глубине в земной коре в какой - то период времени могут попасть под воздействие повышенных давлений, температур (как правило, не выше температуры их плавления), под влиянием горячих вод и газов. Возникают новые термодинамические условия, не свойственные условиям существования этих минералов.

Минералы в новых условиях начинают видоизменяться: одни разрушаются, другие перекристаллизовываются, третьи дают новые минеральные образования. Так возникают метаморфические минералы, в большинстве силикатного состава.

Примером могут служить минералы - кварц, тальк, хлорит.

4. Парагенезис

Парагенезис (от греч. «пара» - возле, подле), или природная ассоциация, - это совместное нахождение минералов в природе. Обусловленное общностью процесса их образования при сходных физико-химических и геологических условиях. Минералы находятся в горных породах и месторождениях в виде комплексов, взаимосвязанных единым процессом образования. Эти комплексы выдерживаются с большим постоянством.

Несомненно, что парагенетические ассоциации отражают рассмотренную нами последовательность выделения кристаллических фаз сначала из магматического расплава, затем из пегматитового остатка, газов и растворов, а также осаждения минералов из водных бассейнов на земной поверхности.

В хромитовых месторождениях Южного Урала, имеющих магматическое происхождение, встречаются также оливин и платина. Для Дашкесанского контактного месторождения на Кавказе характерны магнетит, пирит, халькопирит. В пегматитовых месторождениях Свердловского района наблюдается парагенезис дымчатого кварца, ортоклаза, топаза, турмалина. Подобные сообщества минералов находят и во многих других районах земного шара со сходными условиями образования. Садонское месторождение на Кавказе серебро - свинцово - цинковое. Уже давно известно, что минералы серебра, свинца и цинка особенно часто встречаются совместно (например, Алтай). Эта весьма характерная тесная ассоциация получила название полиметаллических руд.

Соликамское месторождение солей включает галит, сильвин, гипс. Подобные же минералы известны в других местах распространения химических осадков.

Парагенетические связи помогают при поиске полезных ископаемых. Понятно, что при поисках хромита и платины необходимо исследовать магматические породы; руды свинца, серебра, цинка надо искать в гидротермальных жилах; руды олова, вольфрама, золота - среди кислых магматических пород (гранитов). Коренное золото ищут преимущественно в кварцевых жилах. Знание парагенезиса минералов облегчает задачу поисковиков полезных ископаемых по их спутникам. Например, спутник алмаза - пироп - помог открытию коренных месторождений алмазов в Якутии.

3. Причины и условия образования минералов

Под генезисом понимают способ и условия формирования минералов в природе. Определить генезис отдельного минерала удается далеко не всегда. Обычно генезис минерала связывают с генезисом породы, которую он слагает. В этом плане мы вправе выделять минералы магматических, метаморфических и осадочных пород. Магматические горные породы, как и слагающие их минералы, формируются из магматического расплава при застывании магмы в недрах (интрузивные) и на поверхности (эффузивные) Земли. Магматические породы в основном слагаются силикатами и по содержанию кремнекислоты делятся на: кислые (более 65% SiO2), кварц-полевошпатовые породы группы гранита- липарита; средние (65-52% SiO2) бескварцевые породы, состоящие из натриево-кальциевых плагиоклазов с содержанием 15-30% темноцветных минералов(роговая обманка, авгит, биотит), представленные группой диорита - андезита; основные (52-54 % SiO2) - группа габбро-базальта (долерита), состоящая изосновных плагиоклазов и цветных минералов, среди которых наитипичны -пироксены. Ультраосновные (менее 45-40 % SiO2) бесполевошпатовые породысложены преимущественно магнезиально-железистыми силикатами (оливином ипироксином). Сюда относятся породы группы перидотита - пикрита. Изверженные породы формируются на глубине в главную стадию кристаллизации.