Дипломная работа: Горные породы, алгоритмы их определения

Обычно еще при подъеме на поверхность в разогретом водно-силикатном растворе начинается частичная кристаллизация. При быстром охлаждении на поверхности литосферы такой лавы стекловатая масса породы будет содержать то или иное количество кристаллов разных размеров.

Поэтому по внешнему виду аморфные породы часто пористые: от микропористых до ноздреватых. Они (если не состоят из опала) или полностью стекловатые, или в их основной стекловатой массе находятся отдельные кристаллы. Стекловатые породы с отдельными (иногда многочисленными и крупными) кристаллами называются порфировыми (порфировой структуры).

Последовательность рассуждения при взятии в руки образца ноздреватой неполностью кристаллической породы может быть следующей (при прямом доказательстве). Порода ноздреватая, значит, ранее содержала в большом количестве пузырьки газов. Они были растворены в веществе породы, следовательно, вещество было в жидком нагретом (расплавленном) состоянии, а это аморфное состояние. Если бы оно медленно остывало, то закристаллизовалось бы, перешло в кристаллическое состояние. Но кристаллов нет или не все из кристаллов. Расплавленное вещество быстро остывало и приобрело стекловатую структуру, сохранив аморфное строение. Отсюда в руке образец аморфной стекловатой породы.

Дальнейшее разделение стекловатых пород в настоящее время ведется по их химическому составу, по содержанию в них кремнезема - SiO₂ . Если содержание его 70% и более, то порода называется кислой (в ней много оксида кремния - аниона силикатов - солей кремнистых кислот), т.е. составной части кислоты. Поэтому и кислая порода, а не от рН менее 7 (концентрации ионов водорода, о которой в твердых веществах говорить бессмысленно). При содержании SiO₂ в породе порядка 60% она определяется средней, а при 50% - основной (в ней мало кремнезема, но много оксидов железа, магния и кальция - составных частей оснований). Исходя из химического состава, по такому же принципу разделяются и кристаллические полиминеральные породы хаотичной текстуры: кислая (SiO₂ 70% и выше) - гранит; средняя (60%) - диорит; основная (50%) - габбро; ультраосновная (40% и менее) - перидотит.

Определить химический состав, в том числе и количество оксида кремния, можно в химической лаборатории. Но это долго и дорого. Проще и быстрее (не для точных петрохимических исследований) определять химический состав стекловатых пород по цвету. Чем больше в них оксида кремния, тем они белее (минерал состава SiO₂ - кварц белого цвета), и чем меньше, тем чернее (термин “темнее” - употреблять нельзя, потому что он характеризует оттенок, а не цвет). Цвет кислой стекловатой породы белый или светло-серый цвет, средней - серый, а основной - темно-серый или черный. Исключение: состав плотного вулканического стекла любого цвета: белого, черного, коричневого всегда кислый.

Сообщаю правило, по которому алгоритмический процесс определения аморфной породы признается закончившимся. Белую гладкую на ощупь легкую микропористую породу, прилипающую к языку, называют диатомитом, если под микроскопом в ней различимы остатки панцирей диатомовых водорослей, или опокой, когда панцирей нет (сильнопористая разновидность опоки - трепел).

Стекловатую или порфировую (в стекловатой массе находятся кристаллы) плотную или пористую породу белого или светло-серого цвета называют липаритом, серого - андезитом, темно-серого или черного - базальтом. Плотная, а потому тяжелая, скрытокристаллическая или мелкокристаллическая порода черного цвета, внешне похожая на базальт, но не стекловатая и не пористая - долерит.

В самых общих чертах составление алгоритмов определения наиболее распространенных в литосфере горных пород закончили. Необходимо отметить, что в природе каких-либо границ, разделяющих породы по тому или иному признаку, нет. Границы условно выделяются людьми. Очень редко, например, встречается просто песок. Обычно он содержит в том или ином количестве глину и алеврит. Выделяют глинистый песок, песчанисто-глинистый алеврит. Широко в природе распространены андезито-базальты (с содержанием оксида кремния 55%), гранодиориты (с содержанием SiO₂ 65%) и многие другие. Кристаллические сланцы с глубиной постепенно переходят в гнейсы, те, через гранито-гнейсы, в граниты. Если в сцементированной породе 50% глинистого материала и 50% тонкокристаллического карбонатного (СаСО₃ ), то порода носит название мергель. Если глинистого материала меньше - это глинистый известняк, если больше - известковистый аргиллит.

Далее, например, песчаник по минеральному составу бывает кварцевым (из обломков кварца), олигомиктовым (из обломков кварца и полевого шпата) и т.д. Цемент обломков в песчанике по составу может быть глинистым, карбонатным и др.

Определение названия горных пород не является самоцелью в геологии. Это подготовительное (пропедевтическое) звено для понимания геологических процессов, модели функционирования литосферы.

Первая классификация горных пород была разработана в середине XVIII в. Дж. Ардуино, разделившим горные породы (отложения) на первичные, вторичные и третичные по их происхождению. В книге И. Лемана “Опыт восстановления истории флёцовых гор”, опубликованной в 1756 г., в которой изложены результаты его геологических исследований Центральной Германии, дано обоснование этому делению. В соответствии со Священным писанием И. Леман считал, что в истории Земли было лишь два существенных события общего значения: сотворение мира и всемирный потоп. С этими двумя событиями им и связывалось образование известных к тому времени толщ горных пород.

Наиболее древними принимались граниты, слагавшие осевые части горных хребтов. На склонах хребтов было замечено, что граниты перекрываются гнейсами, а те в свою очередь кристаллическими сланцами. Остатков скелетов животных и отпечатков растений в этих породах не наблюдалось. Ближе к подножию гор на кристаллических сланцах лежат слои песчаников, известняков, аргиллитов, часто в большом количестве содержащих остатки скелетов животных и отпечатки (до стволов) растений. Песчаники сложены обломками гранитов, гнейсов и кристаллических сланцев. На равнине распространены глины, пески, гальки, щебень. Крупные обломки - галька, щебень представлены гранитом, гнейсом, песчаником, т.е. образовались за счет разрушения нижележащих пород.

Глины, пески, гальки, щебень	- третичные отложения
Песчаники, аргиллиты, известняки	- вторичные отложения
Граниты, гнейсы, кристаллические сланцы	- первичные отложения

Разрез видимой части литосферы по Дж. Ардуино и И.Леману.

Граниты, гнейсы и кристаллические сланцы, как не несущие следов жизни, были отнесены к первичным (жильным, залегающим крутонаклонно и уходящим в “вечную глубину”) отложениям, возникшим при сотворении Земли до создания на ней жизни. Слоистые (флёцовые) отложения объяснялись результатом всемирного потопа, сопровождавшегося гибелью животных и растений, не попавших в ковчег Ноя. Это, стало быть, вторичные породы, потому и содержат остатки растений и животных, погибших во время божьего наказания. Последующее разрушение первичных и вторичных пород привело к накоплению глины, песка, щебня - третичных отложений.

Классификация горных пород Дж. Ардуино и И. Лемана была иллюстрацией к представлению происхождения Земли - библейской легенде. Все последующие классификации продолжали эту традицию.

В конце XVIII в. А.Г. Вернер (1750-1817), основоположник нептунизма (Нептун - бог моря), - первой геологической гипотезы, предложил исследовать “все горные породы и глыбы, из которых составлен наш земной шар, в том порядке, как они одна за другой по происхождению своему следуют, и способ этого происхождения, на сем основывающийся, и наконец разделим их в этом отношении на различные типы”.

Зачем это нужно было делать А.Г. Вернеру, когда была классификация Дж. Ардуино? Потребность в новой классификации возникла из-за того, что сменилась исходная для сравнения идея происхождения Земли. В замен библейским представлениям в 1749 г. Ж. Бюффон (1707-1788) предложил новое, небожественное объяснение возникновения нашей планеты: земной шар образовался за счет выброса материала Солнца при падении на светило кометы. Далее нептунистами принималось, что, остывая, огненный сгусток солнечного вещества превратился в земной шар, покрытый сплошным океаном нагретых вод, содержащих в большом количестве растворенные вещества. Глубина этого океана была значительной. Начавшееся охлаждения воды океана привело к кристаллизации из нее солей.

Процесс этот с учетом видимого разреза каменной оболочки предполагался следующим. В спокойных глубинных условиях, где не происходило движение воды, отлагались в хаотичном порядке крупные кристаллы кварца, полевого шпата и слюды, давшие гранитные ядра гор. Уменьшившееся количество воды мирового океана, сопровождавшееся началом движения ее, понижение температуры и минерализации (много солей ушло на формирование гранитов), способствовало отложению параллельно-полосчатого среднекристаллического гнейса, а затем и кристаллических сланцев, состоящих из более мелких кристаллов, чем гнейс.

Как только вершины гор вышли из-под уровня океана при продолжавшемся уменьшении количества воды в нем, бушевавшими в нагретой атмосфере ураганами началось разрушение (выветривание) кристаллических пород химического происхождения с механическим осаждением глины, песчаника, конгломерата и других обломочных пород. Появившаяся суша создала условия для появления на Земле растений и животных. Накопившиеся остатки растений сформировали пласты каменного угля, горение которого в недрах земного шара вызвало начало вулканизма. Поэтому к вулканическим породам нептунисты относили пережженную глину, земляной шлак, фарфоровую яшму, наблюдавшихся на контакте со сгоревшими пластами каменного угля. Базальт, который по их наблюдениям залегал выше пластов каменного угля, из-за своего стекловатого (порфирового) или скрытокристаллического (долерит) сложения относился к образованиям, выкристаллизовавшимся из морской воды. Объяснялось это А.Г. Вернером тем, что сравнительно недавно был потоп, во время которого весь земной шар был покрыт водой, кроме самых высоких гор, “на которых базальт не находят”.

Граниты, гнейсы и другие кристаллические породы химического осаждения, не содержащие органических остатков, а потому образовавшиеся до существования жизни, нептунистами назывались первопериодными. Горные породы механического осаждения (глины, песчаники, конгломераты, известняки) с остатками окаменелостей, содержат обломки кристаллических первопериодных пород. Поэтому слоистые (флёцовые) породы определены второпериодными. После сформировались осадки из галек, песков и глин, слагающие низменные, равнинные участки. Эти осадки представляют собой обломки первопериодных и второпериодных пород, перенесенных и отложенных водой. Это намывные отложения (“наносные области”) или по времени возникновения - третьепериодные отложения.

Таким образом, нептунистами в конце XVIII в. была предложена обоснованная для того времени программа изучения видимой части литосферы. В основе ее лежало представление об образовании от Солнца раскаленного земного шара, его последующего остывания до твердого состояния, конденсации паров воды и формирования нагретого соленого сплошного океана. Жизнь же на планете появилась с выходом из морской пучины суши.

Такая программа позволила объяснить реально наблюдаемую в природе смену (снизу вверх) гранита гнейсом, того кристаллическими сланцами, переходящими выше в обломочные и глинистые отложения, сначала сцементированные, а потом и рыхлые. Граниты поэтому считались наиболее древними горными породами. Программа нептунистов наукообразно повторяла библейскую легенду о сотворении Земли, потом на ней воды и жизни.

В начале XIX в. в естествознании утвердилась гипотеза Канта-Лапласа о происхождении Земли из раскаленного огненно-жидкого шара. Последующее его остывание сформировало твердую кору охлаждения - земную кору мощностью 10 миль, ниже которой находится первичный расплав. На базе гипотезы Канта-Лапласа возникла геологическая гипотеза - плутонизм (Плутон - бог подземного царства).

По мнению Б. Котта (1808-1879), немецкого сторонника и пропагандиста плутонизма, при охлаждении огненно-жидкого земного шара появилась оболочка из сланцев, гнейсов и гранитов. Глинистые сланцы, как быстро охладившиеся и потому мелкозернистые, слагают самую верхнюю часть оболочки. Ниже возникли кристаллические сланцы. Они были защищены вышележащими глинистыми сланцами от быстрого остывания, и кристаллы в них крупнее. Под более толстым экраном из глинистых и кристаллических сланцев еще медленнее кристаллизовались гнейсы, уже полностью кристаллически?