Формы залегания метаморфических горных пород кратко
Обновлено: 02.07.2024
Химический состав Земли схож с составом других планет земной группы, например Венеры или Марса (см. рисунок 1).
В целом преобладают такие элементы, как железо, кислород, кремний, магний, никель. Содержание легких элементов невелико. Средняя плотность вещества Земли 5,5 г/см3.
О внутреннем строении Земли достоверных данных весьма мало. Рассмотрим рис. 2. Он изображает внутреннее строение Земли. Земля состоит из земной коры, мантии и ядра.
Рис. 1. Химический состав Земли
Ядро
Ядро расположено в центре Земли (см.рис 3), его радиус составляет около 3,5 тыс км. Температура ядра достигает 10 000 К, т. е. она выше, чем температура внешних слоев Солнца, а его плотность составляет 13 г/см3 (сравните: вода — 1 г/см3). Ядро предположительно состоит из сплавов железа и никеля.
Внешнее ядро Земли имеет большую мощность, чем внутреннее (радиус 2200 км) и находится в жидком (расплавленном) состоянии. Внутреннее ядро подвержено колоссальному давлению. Вещества, слагающие его, находятся в твердом состоянии.
Рис. 3. Строение Земли: ядро, мантия и земная кора
Мантия
Земная кора
Земная кора - внешняя оболочка литосферы (см. рис. 3). Ее плотность примерно в два раза меньше, чем средняя плотность Земли, — 3 г/см3.
От мантии земную кору отделяет граница Мохоровичича (ее часто называют границей Мохо), характеризующаяся резким нарастанием скоростей сейсмических волн. Она была установлена в 1909 г. хорватским ученым Андреем Мохоровичичем (1857- 1936).
Поскольку процессы, происходящие в самой верхней части мантии, влияют на движения вещества в земной коре, их объединяют под общим названием литосфера (каменная оболочка). Мощность литосферы колеблется от 50 до 200 км.
Ниже литосферы располагается астеносфера — менее твердая и менее вязкая, но более пластичная оболочка с температурой 1200 °С. Она может пересекать границу Мохо, внедряясь в земную кору. Астеносфера — это источник вулканизма. В ней находятся очаги расплавленной магмы, которая внедряется в земную кору или изливается на земную поверхность.
Состав и строение земной коры
По сравнению с мантией и ядром земная кора представляет собой очень тонкий, жесткий и хрупкий слой. Она сложена более легким веществом, в составе которого в настоящее время обнаружено около 90 естественных химических элементов. Эти элементы не одинаково представлены в земной коре. На семь элементов — кислород, алюминий, железо, кальций, натрий, калий и магний — приходится 98 % массы земной коры (см. рис. 5).
Своеобразные сочетания химических элементов образуют различные горные породы и минералы. Возраст самых древних из них насчитывает не менее 4,5 млрд лет.
Рис. 4. Строение земной коры
" alt="" width="311" height="300" />
Рис. 5. Состав земной коры
Минерал — это относительно однородное по своему составу и свойствам природное тело, образующееся как в глубинах, так и на поверхности литосферы. Примерами минералов служат алмаз, кварц, гипс, тальк и др. (Характеристику физических свойств различных минералов вы найдете в приложении 2.) Состав минералов Земли приведен на рис. 6.
" alt="" width="456" height="261" />
Рис. 6. Общий минеральный состав Земли
Горные породы состоят из минералов. Они могут слагаться как из одного, так и из нескольких минералов.
Осадочные горные породы - глина, известняк, мел, песчаник и др. — образовались путем осаждения веществ в водной среде и на суше. Они лежат пластами. Геологи называют их страницами истории Земли, так как но ним можно узнать о природных условиях, существовавших на нашей планете в давние времена.
Среди осадочных горных пород выделяют органогенные и неорганогенные (обломочные и хемогенные).
Органогенные горные породы образуются в результате накопления останков животных и растений.
Обломочные горные породы образуются в результате выветривания, псрсотложсния с помощью воды, льда или ветра продуктов разрушения ранее возникших горных пород (табл. 1).
Таблица 1. Обломочные горные породы в зависимости от размеров обломков
Размер облом кон (частиц)
Песок и песчаники
Хемогенные горные породы формируются в результате осаждения из вод морей и озер растворенных в них веществ.
В толще земной коры из магмы образуются магматические горные породы (рис. 7), например гранит и базальт.
Осадочные и магматические породы при погружении на большие глубины под влиянием давления и высоких температур подвергаются значительным изменениям, превращаясь в метаморфические горные породы. Так, например, известняк превращается в мрамор, кварцевый песчаник — в кварцит.
Осадочный слой (см. рис. 8) образован в основном осадочными горными породами. Здесь преобладают глины и глинистые сланцы, широко представлены песчаные, карбонатные и вулканогенные породы. В осадочном слое встречаются залежи таких полезных ископаемых, как каменный уголь, газ, нефть. Все они органического происхождения. Например, каменный уголь -это продукт преобразования растений древних времен. Мощность осадочного слоя колеблется в широких пределах — от полного отсутствия в некоторых районах суши до 20-25 км в глубоких впадинах.
" alt="" width="480" height="316.9111969112" />
Рис. 7. Классификация горных пород по происхождению
Мощность и вертикальная структура земной коры различны. Выделяют несколько типов земной коры (рис. 8). Согласно наиболее простой классификации различают океаническую и материковую земную кору.
Континентальная и океаническая кора различны по толщине. Так, максимальная толщина земной коры наблюдается под горными системами. Она составляет около 70 км. Под равнинами мощность земной коры составляет 30-40 км, а под океанами она наиболее тонкая — всего 5-10 км.
" alt="" width="480" height="441.41176470588" />
Рис. 8. Типы земной коры: 1 — вода; 2- осадочный слой; 3 — переслаивание осадочных пород и базальтов; 4 — базальты и кристаллические ультраосновные породы; 5 — гранитно-метаморфический слой; 6 — гранулитово-базитовый слой; 7 — нормальная мантия; 8 — разуплотненная мантия
Различие континентальной и океанической земной коры по составу пород проявляется в том, что гранитный слой в океанической коре отсутствует. Да и базальтовый слой океанической коры весьма своеобразен. По составу пород он отличен от аналогичного слоя континентальной коры.
Граница суши и океана (нулевая отметка) не фиксирует перехода континентальной земной коры в океаническую. Замещение континентальной коры океанической происходит в океане примерно на глубине 2450 м.
" alt="" width="312" height="213" />
Рис. 9. Строение материковой и океанической земной коры
Выделяют и переходные типы земной коры — субокеаническую и субконтинентальную.
Субокеаническая кора расположена вдоль континентальных склонов и подножий, может встречаться в окраинных и средиземных морях. Она представляет собой континентальную кору мощностью до 15-20 км.
Субконтинентальная кора расположена, например, на вулканических островных дугах.
По материалам сейсмического зондирования - скорости прохождения сейсмических волн — мы получаем данные о глубинном строении земной коры. Так, Кольская сверхглубокая скважина, впервые позволившая увидеть образцы пород с глубины более 12 км, принесла много неожиданного.
Изменение температуры земной коры с глубиной. Приповерхностный слой земной коры имеет температуру, определяемую солнечным теплом. Это гелиометрический слой (от греч. гелио — Солнце), испытывающий сезонные колебания температуры. Средняя его мощность — около 30 м.
Ниже расположен еще более тонкий слой, характерной чертой которого является постоянная температура, соответствующая среднегодовой температуре места наблюдений. Глубина этого слоя увеличивается в условиях континентального климата.
Еще глубже в земной коре выделяется геотермический слой, температура которого определяется внутренним теплом Земли и с глубиной возрастает.
Увеличение температуры происходит главным образом за счет распада радиоактивных элементов, входящих в состав горных пород, прежде всего радия и урана.
Величину нарастания температуры горных пород с глубиной называют геотермическим градиентом. Он колеблется в довольно широких пределах — от 0,1 до 0,01 °С/м — и зависит от состава горных пород, условий их залегания и ряда других факторов. Под океанами температура с глубиной нарастает быстрее, чем на континентах. В среднем с каждыми 100 м глубины становится теплее на 3 °С.
Величина, обратная геотермическому градиенту, называется геотермической ступенью. Она измеряется в м/°С.
Тепло земной коры — важный энергетический источник.
Часть земной коры, простирающаяся глубин, доступных для геологического изучения, образует недра Земли. Недра Земли требуют особой охраны и разумного использования.
Из трех классов пород – осадочные, магматические, метаморфические – последние признаны самыми необычными. Это производные двух первых видов, поэтому считаются вторичными. Из них сложено 90% земной коры.
Что такое метаморфизм
Термин древнегреческого происхождения означает преобразование, изменение, трансформацию.
В геологии и сопредельных науках это изменение характеристик горных пород под воздействием природных факторов.
Как образуются метаморфические горные породы
Что представляет собой порода
Порода метаморфического происхождения – это продукт преобразования осадочного или магматического материала под влиянием естественных процессов:
- Проникновение внутрь пластов газов, минерализованных растворов.
- Колоссальное давление со стороны пластов, которые залегают выше.
- Рост температуры.
- Попадание магмы в сформированные ранее агрегаты.
- Тектонические процессы, подвижка земной коры.
- Падение метеорита.
В результате меняются свойства пород: структура, твердость, минералогический, химический состав.
Метаморфические породы редко бывают мономинеральными. Чаще это конгломерат из многих составляющих.
В зависимости от происхождения метаморфические горные породы получают названия с приставками: для бывших магматических используется приставка орто, осадочного – пара. Например, ортогнейсы.
Их добывают там же, где исходное сырье. Добыча исчисляется миллионами тонн.
Виды метаморфизма
Климатические, геологические условия, другие природные особенности обусловили два типа проявления метаморфизма – локальный и региональный.
Региональный
Процесс образования проходит на значительных глубинах или площадях при высоких температурах, создавая гигантские монолиты.
Предельная интенсивность трансформации в слоях глубинного залегания ведет к появлению расплавов.
Если породы плавятся, процесс классифицируется как ультраметаморфизм.
Локальный
Охватывает небольшие участки либо формирование протекает на малых глубинах. На залежи воздействует жар магматического процесса и флюиды либо тектонические сдвиги.
По возрасту метаморфические породы моложе материнских. Но их история не менее бурная.
Классификация метаморфизма приведена в таблице №1:
| Тип метаморфизма | Факторы метаморфизма |
|---|---|
| Метаморфизм погружения | Увеличение давления, циркуляция водных растворов |
| Метаморфизм нагревания | Рост температуры |
| Метаморфизм гидратации | Взаимодействие горных пород с водными растворами |
| Дислокационный метаморфизм | Тектонические деформации |
| Импактный (ударный) метаморфизм | Падение крупных метеоритов, мощные эндогенные взрывы |
Состав
Сколько и чего будет в породе метаморфического происхождения, зависит от перечня химических компонентов исходного материала. Иногда видоизменения кардинальны.
По минеральному составу выделяют следующие виды:
-
Мономинеральные. Включают один компонент: кварцит (из кварца), мрамор (метаморфоза кальцита).
Основные породообразующие минералы – кварц, пироксены, слюды, амфиболы, шпаты. Их дополняют компоненты метаморфической природы (андалузит, дистен, кордиерит, скаполит, другие). При слабой метаморфизации в составе присутствуют актинолиты, карбонаты, тальк, хлорит, эпидот.
Кварц
Для запуска метаморфических процессов требуются температуры от 150 до 1 500°C.
Структура
Разнообразие условий, в которых происходит трансформация материнских пород, породило множество типов метаморфических структур.
Их распределили по четырем группам:
-
Катакластические. Характерны для залежей, деформированных механическим воздействием. Их можно отличить по наличию раздробленных частиц-зерен, растяжению, микросдвигам. Это кварцы, тальк, хлорит, другие.
Структуры метаморфических пород, возникающие в процессе перекристаллизации в твердом агрегатном состоянии (кристаллобластезе), называют кристаллобластовыми.
В основу их классификации положено описание зернистости.
Примеры метаморфической горной породы
По форме зерен различают метаморфические структуры:
По относительным размерам зерен:
- Гомеобластовая. Зерна одинаковых габаритов.
- Гетеробластовая. Зерна разных габаритов.
- Порфиробластовая. Мелкозернистая основа с крупными кристаллами (порфиробластами).
- Пойкилобластовая. Основа с мелкими вкраплениями минералов.
Последнюю разновидность также называют ситовидной.
Температуры образования метаморфических горных пород
Результаты исследований приведены в таблице №3.
| Породы | Регионы | Минералы | |||||||
| Qw | Bio | Il | Mt | Kf | Mus | Alb | Grn | ||
| Сланцы | Австрия | 700* | — | — | — | — | — | — | 330 |
| Сланцы | Гренландия | 700* | — | — | 610 | — | — | — | — |
| Сланцы | Гренландия | 700* | — | — | 594 | — | — | — | — |
| Метапелит | Альпы | 670 | — | 604 | — | — | — | — | — |
| Метапелит | Альпы | — | 740 | — | — | — | — | — | — |
| Ортогнейс | Альпы | 650 | — | 620 | — | 550 | — | — | — |
| Гнейс | Альпы | 700* | — | — | — | — | — | — | 320 |
| Минералы: Qw — кварц; Bio — биотит; Il — ильменит; Mt — магнетит; Kf — калиевый полевой шпат; Mus — мусковит; Alb — альбит; Grn — гранат. (*) — минерал взят в качестве эталона с указанной температурой. | |||||||||
Текстура
Метаморфические породы наделены разными текстурами:
Условно причисляют к метаморфическим структурам миндалекаменную и катакластическую. Первая отличается округлостью или овальностью. Во второй минералы выделяются разрушением, дроблением.
Основные минеральные фации метаморфизма приведены в таблице №2.
| Тип метаморфизма | Фации метаморфизма | Давление (МПа) | Температурный интервал (°C) | Примеры пород |
| Метаморфизм погружения | Цеолитовая | 800 | > (400—700) | Эклогиты |
| Контактовый метаморфизм | Альбит-эпидотовых роговиков | — | 250—500 | Роговики контактовые, скарны |
| Амфиболовых роговиков | 450—670 | |||
| Пироксеновых роговиков | 630—800 | |||
| Санидиновая | > (720—800) | |||
| Региональный метаморфизм | Зелёных сланцев | 200—900 | 300—600 | Зелёные сланцы, хлорит-серицитовые сланцы |
| Эпидот-амфиболитовая | 500—650 | Амфиболиты, слюдяные сланцы | ||
| Амфиболитовая | 550—800 | Амфиболиты, биотитовые парагнейсы | ||
| Гранулитовая | > (700—800) | Гранулиты, гиперстеновые парагнейсы | ||
| Кианитовые сланцы | > 900 | 500—700 | Кианитовые сланцы | |
| Эклогитовая | Эклогиты |
Типичные представители
К метаморфическим горным породам относятся десятки названий. Самые известные:
- Амфиболит. Массивный материал темных цветов, результат метаморфозы базальта. В соответствии с доминирующим минералом выделены биотитовая, гранатовая, кианитовая, цоизитовая, другие разновидности. . Метаморфизированный зернистый известняк хаотичной текстуры.
- Змеевик. Плотный крупнокристаллический полосчатый минерал.
- Кварциты. Созданный из песчаника зернисто-кристаллический материал массивной текстуры. Три четверти состава – частицы кварца. Остальное делят слюды, тальк, другие минералы, которыми создаются цвета и оттенки.
- Скарны. Сформированы кислой магматической средой из известняков. Массивны.
- Гнейс. Зернисто-кристаллический материал массивной текстуры, в составе которого кварц, слюды, палиоклаз. Разновидность гранита.
- Филлит – продукт видоизменения глинистых сланцев. Плотен. Серицит, кварц, альбит, толика хлорита в составе создают серые оттенки.
Выделяется группа метаморфических сланцев:
- Глинистый. Хрупкий. Состоит из кварца, гидрослюд, хлорита, неглинистых минералов. Они придают породе серые, зеленые, бурые оттенки.
- Кристаллический. Материал с хорошо сформированной структурой, плойчатой либо сланцевой текстуры.
- Тальковый. Белые либо зеленоватые образцы с пластинами талька в текстуре.
Всего выделено два десятка сланцевых метаморфических разновидностей.
Где используются
Породы метаморфического происхождения используют преимущественно в строительстве:
- Из кварцитов делают дорожную брусчатку, щебень.
- Исходник кровельных материалов – глинистые сланцы и филлиты.
- Натуральные огнеупоры – кварциты и змеевик.
- Гнейсом мостят улицы, облицовывают бассейны, набережные. Это материал для фундаментов сооружений. – востребованный облицовочный материал.
На особом счету мрамор. Это декоративное сырье. Из него делают ступени, столешницы, каминные полки, подоконники. Облицовывают стены. Используется даже мраморная крошка.
Лучшие сорта идут на изготовление скульптур, других изделий премиум-сегмента.
Цена большинства видов сырья демократична. Исключение – каррарский мрамор.
Читайте также: