Как образуются полезные ископаемые кратко
Обновлено: 05.07.2024
Происхождение полезных ископаемых на Земле.
По современным научным знаниям Земля устроена следующим образом. В её центре находится ядро, состоящее в основном из железа, кремния и никеля. Его радиус около 3,5 тыс. км. Выше ядра расположена мантия толщиною примерно 2900 км., вещество которой состоит преимущественно из кислорода, магния, кремния и небольшого количества железа. В ней также присутствует и ряд других элементов, но все они вместе взятые составляют лишь 10% от первых четырёх. Всё это укрыто земной корой, средняя толщина которой примерно 35 км. . (Кора тоньше под океанами и толще под горами). На 99% земная кора состоит из восьми элементов, а именно: кислород - 62,5 %, кремний - 21 %, алюминий - 6,5 % и железо, магний, кальций, натрий и калий – количество каждого из них примерно от1,5% до 2%.
Как видно, всё имеет своё место, свой химический состав и приспособлено к своему местоположению. Температуры в глубинах Земли сейчас тоже не вызывают опасений. Они стабилизировались. Внутреннее вещество находится в состоянии остывания, которое продолжается примерно миллиард лет. Конечно, пока ещё существуют очаги активной вулканической деятельности, но они имеют локальный, а не глобальный характер. В мантии под корой температура уже ниже температуры расплава вещества. Под материками она 600-700 0 С, однако, с увеличением глубины температура повышается и в слое Гутенберга она уже 1500-1800 0 С, а в ядре – 4000-5000 0 С.
Так ли это было всегда? Давайте заглянем вглубь истории Земли, которая начинается с газопылевого облака, из которого и сформировалась Солнечная система. Это облако было обширно, то есть имело размеры примерно, такие же, как настоящая Солнечная система. Все чужеродные космические тела, попадая в пределы этого облака, переставали существовать самостоятельно, и становились частью этого облака.
Первоначально Солнечная система состояла из Солнца и десяти планет. Это были: Меркурий, Венера, Земля, Марс, Церера, Фаэтон, Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун. Не было Плутона, спутников планет, астероидов, метеоритов и комет.
При увеличении массы Земли, а с нею и внутреннего давления, в её глубинах начали происходить процессы, видимо на атомном уровне (имеется в виду не химическое соединение элементов, а преобразование атома одного элемента в атом другого с выделением энергии), которые и привели к разогреву всей массы Земли. Температуры, особенно в глубинах, со временем стали столь велики, что расплавленное вещество уже имело возможность перемещаться, занимая место сообразно своему удельному весу – тяжёлое - ближе к центру, а лёгкое - к поверхности.
В науке существует уверенность, что разогрев Земли осуществили радиоактивные элементы, и в первую очередь – уран. Не отрицая полностью эту версию, хотелось бы высказать некоторые сомнения по этому поводу.
Урана, задействованного в разогреве Земли, конечно же, было бы недостаточно, чтобы, разогреть всю массу Земли, а затем поддерживать эту температуру в течение 4 млрд. лет, поэтому мы остаёмся при мнении, что здесь имеют место иные реакции, с перестройкой атомов одних элементов в атомы других. Эти реакции возможны при высоких давлениях и температурах. Высокая температура не только используется элементом для действия, но и даёт ему возможность самому произвести энергию. Предполагается, что в этой реакции произведённая энергия превышает потреблённую.
Разогрев, начавшийся в центральной части, постепенно стал вовлекать в этот процесс и вышележащие слои, что привело к разогреву всего тела планеты. Конечно, потери тепла внешнего слоя были более значительные, поэтому температура на поверхности была намного ниже, чем в глубинах, тем не менее, на верхнем слое этот процесс отразился более заметно. Нижележащие слои, нагреваясь расплавлялись и, расширяясь перемешивались. Верхний же слой-панцирь, нагреваясь и расширяясь во все стороны, коробился, разламываясь, образуя горы и трещины, в которые устремилось расплавленное вещество земных недр.
Теперь эти же процессы рассмотрим с некоторым применением хронологии.
3500 млн. лет назад Земля – это уже состоявшаяся планета, правда, ещё холодная, однако внутри неё уже начался процесс, который впоследствии приведёт её к разогреву. Этот период в геохронологии называется архей. В позднем архее наука уже фиксирует рудообразование, но мы сосредоточим своё внимание на следующим за археем периоде, который называется протерозой, что означает - более ранняя жизнь, и как увидим, в этот период никакой жизни просто не могло существовать.
Протерозой состоял из трёх периодов. Нижний - начался 2600 млн. лет назад, средний – 1900 млн. лет, и верхний - 1600 млн. лет назад. Верхний протерозой длился 1030 млн. лет. Общее время протерозоя, который продолжался примерно 2 млрд. лет, было временем ада на Земле. В многочисленных очагах рудообразования расплавленное вещество недр изливалось, покрывая обширные пространства в десятки и сотни километров. Это вещество текло подобно реке или образовывало озёра расплава, который благодаря высоким температурам поверхности Земли, остывал долговременно, успевая вступать в химические реакции с сероводородом атмосферы и с веществом окружающего его грунта. О температурах расплавленного вещества можно судить по тем металлам, которые находились в расплаве.
Если в рудах были хром или титан, то температура должна была быть не ниже 2000 0 С, а если вольфрам, то даже выше 3500 0 С.
Извержение расплавленного вещества из недр длилось какое-то время, после чего наступал период затишья. Видимо, в глубинах в результате реакций, продолжающихся постоянно, накапливалось производное вещество и при достижении какого-то критического объёма эти реакции переходили уже в иную фазу с большим выделением энергии, что и приводило к выплеску вещества глубин наружу.
В различных месторождениях руд, геология в настоящее время обычно обнаруживает несколько активных фаз рудообразования. Их подсчитывают. Оказывается, таких активных фаз рудообразования насчитывается до десяти и даже более.
Ещё в рудообразовании представляет интерес то, что фактически из одного и того же исходного материала получаются различные руды с многочисленными сопутствующими элементами, как металлами, так и неметаллами. Конечно, нельзя даже предполагать, чтобы какие-то элементы под воздействием неизвестных сил, стягивались бы к своему очагу рудообразования: кто к медному, кто к железному, а кто-то ещё к какому-то. Такого просто не могло быть. Однако иногда в очагах рудообразования присутствие металлов оценивается в десятки процентов. Не могли же они просто переместиться в это место.
Можно допустить, что на ассортимент рудного месторождения влияла температура и ещё какие-то сопутствующие условия, определявшие, какой элемент должен быть основным в каком-то конкретном случае, то есть что-то вроде специализации месторождения. Может быть, науке удастся это определить, а пока только констатация фактов.
Теперь надо сделать какие-то выводы и переходить к чему-то конкретному. Как и прежде, я буду обращаться к материалам своего сайта и блога. Начну с того, что бесспорно. Это - утверждение, что всё в Солнечной системе получено от Солнца.
Солнце взорвалось как сверхновая звезда, и, распылив всё своё вещество, образовало газопылевое облако, где среди прочих элементов присутствовал гелий и его изотоп – гелий-3. Естественно, образовавшаяся из этого вещества молодая Земля уже имела в своей массе какое-то количество изотопа гелия. Природой, видимо, это было запланировано на все времена, чтобы с чего-то начинать развитие планет. Зная это, уже можно более уверенно сказать, что разогрев тела Земли осуществлялся с использованием энергии гелия-3.
Что же такого особенного в этом изотопе гелия? Почему он, а не какой-нибудь другой элемент наделён такой энергией?
В действительности большими энергиями наделены все без исключения атомы, аккумулирующие эту энергию в атомном ядре, но дело в том, что обычно ядро атома очень прочно, и это является препятствием к доступности получения этой энергии. Однако есть несколько элементов, ядра которых не столь устойчивы. Это, во-первых – изотопы водорода – дейтерий и тритий, и изотоп гелия-4 – гелий-3. Почему они неустойчивы?
Тело находится в устойчивом состоянии, только тогда, когда оно имеет три точки опоры. (Смотри вышеуказанный сайт и блог). Это относится ко всему, что нас окружает, в том числе и к частицам ядра атома. Частицы дейтерия, трития и гелия-3 не имеют трёх точек опоры (соприкосновения) друг с другом, Следовательно, они находятся в неустойчивом состоянии. Это дало возможность, при использовании дейтерия и трития, создать водородную бомбу, а гелий-3 сулит решить для землян проблему больших энергий. Освоение гелия-3 – надежда человечества.
Первозданную сохранность вещества солнечных выбросов на Луне можно объяснить тем, что на Луне отсутствует атмосфера. В условиях Земли, при наличии атмосферы, гелий-3, возможно, просто был выдавлен более тяжёлыми газами воздуха, и теперь он находится в самых верхних слоях атмосферы. Другое. Возможно, подвергаясь воздействию атмосферы и живой природы Земли,он реагировал на эти воздействия, расходуя свою потенциальную энергию? Ещё. Возможно, он способствовал преобразованию грунта в почву? А может быть, этот перечень причин этим не ограничивается и этому могло способствовать ещё что-то, чего мы не знаем? Но мы теперь знаем, какое огромное значение для Земли имел изотоп гелий-3.
Энергия гелия-3, поступившего из газопылевого облака при формировании Земли как планеты, разогрела тело Земли, создав ядро Земли, мантию и преобразовав поверхность Земли, то есть на Земле появились возвышенности, впадины и горы.
Сквозь разломы и трещины земной коры на поверхность изливались лавовые потоки, имеющие температуры расплавленного вещества в тысячи градусов, в которых происходили реакции разрушения атома и создания атомов практически всех элементов существующих ныне.
Огромное значение для появления жизни на Земле явилось то, что расплавленные руды, вступая в реакции с сероводородом атмосферы Земли, освободили атмосферу Земли от этого агрессивного соединения.
И, конечно же, все рудные месторождения Земли, появились только благодаря энергии гелия-3. Человек с благодарностью пользуется этими рудами и минералами.
Хочется порассуждать. А можно ли сейчас, создав условия протерозоя, то есть высокие температуры и давление, получать исскуственно созданные, нужные нам элементы? Ну, например, мечту алхимиков – золото?
Ну что ж! Есть направление. Осталось только найти верный путь.
Полезные ископаемые залегают на разной глубине земной коры. Они образовались в разное геологическое время и связаны с различными тектоническими структурами.
Металлические полезные ископаемые относятся к магматическим. Они образовались при застывании магмы в трещинах земной коры на разной глубине во время активных тектонических процессов. Поэтому чаще всего месторождения рудных полезных ископаемых находят в разрушенных горах и в пределах платформенных щитов. В высоких горах и на равнинах они залегают на очень большой глубине, поэтому добывать их невыгодно, а иногда и технически невозможно.
В кимберлитовых трубках залегают месторождения алмазов. Кимберлитовая трубка — вертикальное геологическое тело, образовавшееся при прорыве магмы сквозь земную кору.
Большинство неметаллических полезных ископаемых является осадочными горными породами. Они залегают в осадочных слоях платформ. На формирование мощного осадочного чехла оказали влияние морские трансгрессии. В результате сформировались мощные скопления глины, песка, мела, известняка.
В тёплых районах накапливались остатки растений и животных, из которых в последствии образовались месторождения топливных полезных ископаемых : нефти, природного газа, каменного угля.
Бóльшая часть всех химических элементов, в том числе и очень ценных, рассеяна в горных породах. Лишь очень незначительная часть их сосредоточена в месторождениях полезных ископаемых. Но хотя содержание элементов в горных породах низкое, их общее количество в земных недрах грандиозно.
Глубинные, или эндогенные, месторождения формируются в результате внедрения в земную кору раскаленных подземных расплавов, или магм, и их застывания. Магма по трещинам проникает в горные породы. При этом только незначительная часть магмы в вулканах достигает поверхности Земли, образуя потоки лавы и скопления вулканического пепла. Большее количество магмы не доходит до земной поверхности и застывает на глубине, образуя глубинные кристаллические магматические породы, такие как гранит. Застывшие на глубине и на поверхности Земли магматические породы широко используют в качестве природных каменных строительных материалов.
Благодаря различию физических и химических свойств элементов в процессе остывания магматических расплавов в недрах Земли происходит их разделение и образуются скопления части химических элементов.
При остывании так называемых основных магм, содержащих в своем составе не более 50% окиси кремния, процесс разделения веществ в них идет подобно выплавке чугуна в домнах. При этом в скоплениях магмы, застывающих на глубине, кверху всплывают легкие породы, а на дно магматического резервуара опускаются тяжелые минералы. Эти тяжелые минералы образуют рудные магматические месторождения. Наиболее значительные из них - месторождения железа и титана, хрома и платины, меди и никеля. Близки к ним по своему происхождению и месторождения алмазов в кимберлитовых трубках Сибири и Южной Африки, но для их образования, кроме высокой температуры, необходимо огромное давление.
Совершенно иначе обособляются ценные минералы при застывании так называемых кислых магм, содержащих более 50% окиси кремния. В этих магмах повышенное содержание различных газов, в том числе паров воды. Газы растворяют многие химические соединения, особенно металлические, и не дают им выпадать в осадок на ранних стадиях остывания магмы. Поэтому условия для их концентрации создаются в самых поздних, не успевших полностью отвердеть остатках магматических расплавов. Часть таких остаточных расплавов магмы, насыщенных горячими газами и растворенными в них ценными элементами, внедряется по трещинам в горные породы и, остывая, образует так называемые пегматитовые жилы. Они состоят из кварца и полевого шпата, а иногда содержат накопления слюды, драгоценных камней (топаз, аквамарин и др.), минералов бериллия и лития, олова, вольфрама, урана.
Магматические газы с растворенными в них ценными соединениями не только накапливаются в остаточных очагах магмы, но также могут просачиваться через уже отвердевшие стенки. Так они проникают в окружающий остывающий магматический очаг породы. При этом между фильтрующимися раскаленными газами и окружающей породой могут возникнуть химические реакции. Особенно бурно они протекают между горячими магматическими газами и известковыми породами. В ходе таких реакций по периферии массивов остывающих магматических пород, в зоне соприкосновения их с известняками, возникают так называемые скарны. Они состоят из минералов, в состав которых входит известь, кремний и алюминий. Кроме того, в скарнах часто накапливаются минералы железа, меди, свинца, цинка, вольфрама, бора.
Но не все магматические газы реагируют на глубине с горными породами. Большая их часть вследствие высокого давления устремляется по трещинам и порам горных пород вверх, к поверхности Земли. При этом минерализованные пары постепенно охлаждаются, сжижаются и превращаются в горячие минеральные воды — гидротермы. Они продолжают подниматься по пористым водопроницаемым горным породам. По мере дальнейшего охлаждения горячих минеральных вод растворенные в них соединения ценных и других элементов выпадают в осадок. Заполняя трещины горных пород, они образуют жилы полезных ископаемых. Часть элементов гидротерм вступает в реакцию с минералами горных пород и отлагается, формируя залежи полезных ископаемых, замещающие эти горные породы. Такие месторождения, образованные отложениями горячих минеральных вод в недрах Земли, называются гидротермальными. С этой очень важной группой эндогенных месторождений полезных ископаемых связаны большие количества руд меди, свинца, цинка, олова, вольфрама и других ценных элементов.
Экзогенные месторождения образуются под действием геологических процессов у поверхности Земли. Они формируются в ходе длительных изменений горных пород по мере их перемещения из недр к поверхности Земли. Такие медленные или внезапные катастрофические подъемы отдельных участков земной коры происходили во все геологические эпохи и продолжаются в наши дни. У поверхности Земли горные породы под действием колебаний температуры и водных потоков механически разрушаются на мелкие и мельчайшие обломки. Под влиянием воды, кислорода и углекислоты они химически разлагаются, меняя свой состав. Продукты такого разрушения уносятся водными потоками в реки и, оседая на их дне, образуют хорошо известные речные месторождения гравия, песков и глин. При этом некоторые химически стойкие, неокисляющиеся, твердые и тяжелые минералы накапливаются в нижней донной части речных отложений, образуя россыпи. В россыпях могут концентрироваться только тяжелые минералы с удельным весом более 3. Поэтому именно в виде россыпей известны месторождения золота, платины, оловянного камня, вольфрамита и т. д.
Значительная часть минеральной массы, находящейся в речной воде в виде ила или в растворенном состоянии, выносится в моря и океаны. Масштабы такого выноса огромны. Так, Волга за год выносит в Каспийское море 25,5 миллионов тонн взвешенного в воде материала, Амударья в Аральское море — 215 миллионов тонн, Амазонка в Атлантический океан — около 1000 миллионов тонн. В океанах и морях минеральные вещества осаждаются и накапливаются на дне. Эти минеральные вещества поступают с континентов, под влиянием силы тяжести, в результате химического воздействия соленой морской воды или в связи с жизнедеятельностью морских организмов. Так создаются толщи пород осадочного происхождения, среди которых находятся пласты осадочных полезных ископаемых. Кроме таких общеизвестных осадочных пород, как пески, глины, известняки, распространены месторождения руд железа, марганца, алюминия, фосфоритов, угля и нефти.
На поверхности Земли образуются месторождения полезных ископаемых также в результате растворения и выноса части вещества грунтовыми водами, причем в остатке накапливаются трудно растворимые ценные минеральные соединения. Например, в породе, состоящей из соединений кальция и алюминия, кальциевые минералы могут растворяться и удаляться с водой, а в остатке накопятся соединения алюминия — бокситы — ценная руда для производства этого металла. Такие месторождения называются остаточными. Среди них, помимо бокситов, известны залежи железной руды, никелевой руды, фосфорных соединений.
Часть растворенного вещества может снова отложиться под землей из грунтовых вод, при их проникновении по проницаемым породам. Возникающие при этом месторождения так и называются инфильтрационными. Среди инфильтрационных известны месторождения никеля, меди, золота, урана.
Какие бывают полезные ископаемые
По физическому состоянию полезные ископаемые делятся на:
- твердые — различные руды, уголь, каменная соль и др.;
- жидкие — нефть, минеральные воды;
- газообразные — горючий газ.
По особенностям использования различают три группы:
- горючие — уголь, торф, горючие сланцы, нефть, природный газ;
- металлические — руды черных, цветных, редких, благородных и радиоактивных металлов;
- неметаллические полезные ископаемые — различные соли, известняк, глина, песок, камни и т. д.
Металлические полезные ископаемые служат для извлечения из них металлов. К неметаллическим полезным ископаемым относятся строительные материалы, рудоминеральное неметаллическое сырье — слюды, графит, алмазы и химическое минеральное сырье — калийные соли, фосфаты, сера.
Горючие ископаемые
Особую группу полезных ископаемых образуют различные виды топлива. Это торф, уголь, горючие сланцы, нефть и горючие газы. Они содержат углерод и, соединяясь с кислородом при горении, выделяют тепло.
Горючие ископаемые используются не только как топливо. Они служат незаменимым сырьем для производства различных изделий. Угли, горючие сланцы, нефть и газ используют при выпуске пластмасс, синтетических тканей, взрывчатых веществ, лекарств, красок, технических масел, мыла и другой продукции.
Нефть, добытую из-под земли, по трубам перекачивают на тысячи километров на заводы для разделения на фракции и переработки
Сгусток энергии
Экологичное топливо
Природный газ, так же как нефть и уголь, образовался в земных недрах из органических веществ растительного и животного происхождения под действием высоких давлений и температур.
Природный газ является отличным топливом и обладает многими положительными свойствами — высокой теплотворной способностью, хорошей транспортабельностью, большей по сравнению с нефтью и углем экологичностью. Природный газ — самое чистое органическое топливо. При сгорании он образует намного меньше вредных веществ, чем уголь и нефть, поэтому и используется очень широко. По газопроводам топливо перекачивают на многие тысячи километров. Более того, разведанные запасы газа больше, чем разведанные запасы нефти.
Источник тепла
Уголь является одним из наиболее важных полезных ископаемых. Он используется в качестве твердого топлива, выделяя при горении много тепла. Кроме того, из него получают краски, пластмассы и другие ценные материалы.
Уголь образовался из погибших растений. Прожив свой век, деревья и другие растения отмирали, падали, заносились илом и песком, спрессовывались, а затем происходило их обугливание. Начинался этот процесс в присутствии кислорода, а продолжался в бескислородной среде. При этом остатки растений теряли кислород, водород, азот, а углерод сохранялся. Так образовались торф и уголь.
Уголь состоит из углерода, водорода, кислорода, азота и других второстепенных компонентов. По содержанию углеводорода угли подразделяются на бурые (65—70 % углерода), каменные (порядка 80 % углерода), антрациты (до 96 % углерода).
Каменный уголь залегает в земле пластами толщиной до 100 м. Его добычу ведут открытым или закрытым способами. Открытый способ добычи применяют на тех месторождениях угля, где он залегает близко к поверхности земли. Угольные пласты взрывают, а затем куски угля экскаваторами грузят в огромные грузовики или железнодорожные вагоны. При закрытом способе строят шахты, представляющие собой глубокие вертикальные колодцы с горизонтальными туннелями. В них трудятся шахтеры, которые с помощью мощных специальных комбайнов дробят большие пласты каменного угля и подают его наверх.
ПОЛЕ́ЗНЫЕ ИСКОПА́ЕМЫЕ, природные неорганич. и органич. вещества в недрах Земли, которые при современном состоянии техники и технологий могут экономически эффективно использоваться в сфере материального производства. К П. и. относят также и содержимое техногенных месторождений . По агрегатному состоянию П. и. могут быть твёрдыми ( рудные полезные ископаемые , неметаллические полезные ископаемые , угли ископаемые , горючие сланцы , торф , газовые гидраты), жидкими ( нефть , газо вый конденсат, подземные воды ) и газообразными ( газы природные горючие и благородные газы ); по осн. использованию – металлическими (для извлечения металлов), неметаллическими (для применения в разл. отраслях произ-ва в виде отд. минералов, горных пород или для получения из них неметаллов либо химич. соединений), горючими (для использования в качестве топливно-энергетич. сырья), гидро- и газоминеральными. П. и. в недрах и на поверхности Земли образуют скопления: непромышленные (рудо-, нефте-, газопроявления) и промышленные месторождения. Геологич. структура месторождений, морфология рудных тел, их общее количество, строение и состав, a также ресурсы полезных ископаемых и запасы полезных ископаемых определяются в результате геолого-разведочных работ . Исследование связей между месторождениями П. и., гл. чертами геологич. строения и историей данной территории, а также её геохимич., геофизич., гидрогеологич. и геоморфологическими особенностями служит науч. основой для поисков месторождений П. и. и разведки месторождений .
Читайте также: