Методические указания. Работая над этой темой, необходимо выяснить, из каких химических элементов состоит литосфера

Работая над этой темой, необходимо выяснить, из каких химических элементов состоит литосфера. Из химических элементов образуются минералы, а из минералов – горные породы. Необходимо разобраться в классификации горных пород, исходя из их происхождения. Особое внимание необходимо обратить на осадочные горные породы, особенно на формы их залегания. Нарушение нормального залегания слоев, возникающее в результате тектонических движений (дислокации), влияет на строительство. Поэтому целесообразно проанализировать, как ведет себя здание, построенное на горизонтальных слоях и на дислокациях.

Химические элементы, находящиеся в литосфере, при окислении и восстановлении видоизменяются за счет потери или увеличения количества электронов. Совокупность химических элементов, находящихся в определенном количестве, соотношении и связях, формирует минералы.

Большинство минералов твердые, но встречаются в жидком и газообразном состоянии.

Основой классификации минералов является их химический состав. Все минералы делятся на 10 классов:

1)силикаты 6) сульфаты

2) карбонаты 7) галоиды

3) оксиды 8) фосфаты

4) гидрооксиды 9) вольфраматы

5) сульфиты 10) самородные элементы

Силикаты – наиболее многочисленный класс, включающий до 800 минералов. Среди силикатов выделяются подгруппы минералов, характеризующиеся некоторой общностью состава и строения – полевые шпаты, пироксены, амфиболы, слюды, тальк, хлориты и глинистые минералы.

Окислы и гидроокислы объединяют около 200 минералов. Наиболее распространенными являются кварц, опал и лимонит.

К карбонатам относятся более 800 минералов. Наиболее распространены кальцит, магнезит и доломит.

Класс сульфатов объединяет до 260 минералов, происхождение которых связано с водными растворами; характеризуются малым удельным весом, небольшой твердостью и светлой окраской. Наиболее распространены гипс и ангидрит.

Сульфиды насчитывают до 200 минералов. Типичный представитель – пирит.

Галоиды содержат около 100 минералов, происхождение которых связано, в основном, с водными растворами. Наиболее распространенным является галит (поваренная соль).

В самородном состоянии в природе встречаются 30 химических элементов. Самые распространенные из них сера, алмаз, золото, графит, платина.

Золото (Au). Образуется из горячих водных растворов. В природе встречается в виде мелких неправильных зерен, фендриллов, реже самородков массой до нескольких десятков килограммов. Обычно содержат примеси, цвет золотисто-желтый, блеск металлический.

Алмаз (С). Добывается из пород вулканического происхождения. Встречается в природе в виде мелких кристалликов изометрического очертания. Алмазы обычно бесцветны, прозрачны, иногда окрашены примесями в буровато-черный и другие цвета. Блеск сильный, алмазный. Крупные, искусственно ограненные алмазы (бриллианты) – драгоценные камни. Самая высокая твердость.

Графит (С). Отличается от алмаза кристаллической решеткой, поэтому – мягкий.

Каждый минерал имеет определенные физические свойства. Главнейшим из них являются: внешняя форма, оптические характеристики (цвет, прозрачность, блеск), показатели твердости, спайность, излом, плотность.

Внешняя форма минералов разнообразна. В природе они чаще всего приобретают неправильные очертания.

Цвет для многих минералов строго постоянен. Их условно разделяют на светлые (кварц, гипс) и темные (цинковая обманка).

Прозрачность – способность минералов пропускать свет. Выделяют три группы: прозрачные (кварц), полупрозрачные (гипс) и непрозрачные (графит).

Блеск – способность поверхности минералов отражать в различной степени свет (стеклянный, алмазный, металлический и др.).

Твердость – способность минералов противостоять внешним механическим воздействиям. Каждому минералу присуща определенная твердость, которая оценивается по 10-бальной шкале Мооса.

Спайность – способность минералов раскалываться или расщепляться по определенным направлениям с образованием плоскостей раскола.

Излом – характеризует поверхность разрыва и раскалывания. Различают излом по спайности (кальцит), раковистый (кварц), землистый (гематит)

и др.

Плотность различна и колеблется в пределах 0,6/19 г/см³.

Минералы могут обладать рядом других физических свойств: хрупкостью, плавкостью, магнитностью, вкусом, запахом и др.

Совокупность минералов на уровне кристаллизационных, или цементационных, либо водноколлоидных связей образует горную породу. В породообразовании участвуют, в основном, около 50 минералов, которые называют породообразующими. Например, широко распространенная горная порода – гранит, состоит из минералов: кварц, полевой шпат и слюда.

Гранит и гранитоподобные горные породы выкристаллизовались из расплавленной магмы и называются первично-магматическими.

Магматические породы, образовавшиеся в недрах литосферы, называют интрузивными, излившиеся на поверхность – эффузивными. Интрузивные представляют кристаллическую массу, а эффузивные – пористую (туфы). Под действием внешних факторов: солнечный нагрев, остывание, влияние смены времен года, воды, ветра, химического воздействия, биологического и т.п., горные породы разрушаются, дробятся, измельчаются, а затем уносятся ветром и водой, подвергаясь механическому и химическому изменению. Этот процесс называется выветривание.

В реках, озерах, морях и океанах измельченные минеральные частицы оседают на дно, формируя слои осадочных пород, называемые вторичными породами.

Осадочные породы слагают самые верхние слои земной коры, покрывая своеобразным чехлом породы магматического и метаморфического происхождения.

Несмотря на то, что осадочные породы составляют всего 5% земной коры, земная поверхность на 75% своей площади покрыта именно этими породами, в связи с чем строительство, в основном, и производится на осадочных породах.

Осадочные породы принято разделять на три группы:

1) обломочные;

2) химического происхождения (хемогенные);

3) органогенные, возникшие в результате деятельности живых

организмов.

Это деление несколько условно, т.к. многие породы имеют смешанное происхождение. Например, отдельные известняки содержат в своем составе материал химического, обломочного, органогенного характера.

Для осадочных пород характерна слоистость, являющаяся весьма важным признаком. По слоям осадочных пород можно прочитать историю их происхождения, а также перемещения береговой линии моря – трансгрессии и регрессии, т.е. смену на материках морских и континентальных эпох – эволюцию органического мира.

Все осадочные породы первоначально залегают горизонтальными слоями. Слой с постоянной толщиной (мощностью) и с одинаковыми физическими характеристиками называется пласт. У пласта выделяют кровлю и подошву.

Нарушение горизонтального залегания пластов называется дислокацией. Без нарушения сплошности пласта: вогнутые – синклиналь, выпуклые – антиклиналь. С нарушением сплошности – сдвинутые по вертикали: вниз – сброс, вверх – взброс. Пачка пластов, опущенная посредине между двумя сбросами, называется грабен. Характерным примером является оз. Байкал: длина – 636 км, ширина – 810 км, глубина – до 1000м. Подъем пачки пластов между двумя взбросами – горст. Пример горста – плоскогорье Тянь-Шань.

Параллельное залегание пластов называется согласное. Непараллельное – несогласное. При этом пласты могут выклиниваться, залегать линзообразно.

За счет движения континентальных плит горные породы оказываются на больших глубинах литосферы, т.е. в зонах с высокой температурой и давлением. В этих условиях формируется метаморфический процесс – изменение горных пород.

Метаморфические породы являются продуктами переработки магматических и осадочных пород под воздействием давления, температуры, водяных паров и газов (пневматологических процессов). Различают региональный метаморфизм, охватывающий широкие пространства на поверхности Земли и в ее недрах, а также контактовый метаморфизм, связанный с изменением пород в зонах термальных или динамических воздействий. Метаморфические породы часто сохраняют структуру первичных пород и приобретают свою типичную метаморфичекую структуру. Для этих пород характерна и своя текстура – массивная, гнейсовидная, сланцевая. К метаморфическим породам относят гнейсы, сланцы, мрамор, кварциты, скарны.