9.Геология глин
Естественные агрегаты минерального вещества, слагающие значительный объем земной коры, геологи называют горными породами. Это широкое определение включает такие различные образования, как глины и каменный уголь. Существуют три главные группы горных пород — магматические, осадочные и метаморфические. Магматические породы образуются в результате затвердевания расплавленного вещества, называемого магмой и поступающего из горячих внутренних частей Земли. Под влиянием высоких температур и непрерывных нарушений во внутренних частях Земли магмы выжимались к поверхности в различные периоды истории нашей планеты и затвердевали в виде магматических пород различного возраста.
Осадочные породы образуются в результате разложения магматических пород под воздействием различных агентов, переноса и последующего отложения этих продуктов. Эпигенетические агенты, к числу которых относятся текучие воды, двуокись углерода, ветер и лед, медленно разрушают магматические породы, разобщают их на мельчайшие обломки, которые сносятся в речные долины, озера и моря и отлагаются на дне водоемов. Из этих осадков впоследствии и образуются осадочные породы, типичным примером которых могут служить глины. Осадки состоят не из одних глин; различные минералы магматических пород разлагаются с неодинаковой скоростью, и продукты их разложения переотлагаются, естественно, неодновременно. Часть вещества при эпигенетическом воздействии переходит в раствор в виде бикарбонатов магния и кальция, коллоидального кремнезема, солей натрия и калия. По мере насыщения этими веществами транспортирующих вод происходит их осаждение. Накапливаются также обломки скелетов отмерших организмов, извлекавших растворенные вещества из морской воды. В результате этих процессов образуются пласты чистых и магнезиальных известняков, а также кремнеземистых пород. По мере того как осадки погребаются под новыми отложениями, они испытывают все большее давдение и в конечном счете консолидируются в более или менее твердую массу горной породы.
В общем более древние осадочные породы залегают глубже молодых, что устанавливается по характеру находимых в них остатков фауны и радиометрическим определениям абсолютного возраста. Однако правильная последовательность напольная плитка отложений местами нарушается вследствие движений земной коры, в результате которых осадочные породы сминаются в складки, суша покрывается морем или, наоборот, морские осадки воздымаются и образуются новые участки суши. При таких перемещениях возникают новые реки, которые иногда полностью смывают некоторые осадки.
Гипогенные изменения обусловлены воздействием горячих газов и паров, поступающих из глубинных частей Земли, на магматические породы, разлагающиеся при этом с образованием новых ассоциаций минералов. Так, при гипогенном изменении гранитов КорнуоЛла образуются мелкий полевошпатовый продукт — китайский камень (china stone) и каолин. В этом случае продукты изменения никуда не переносятся, а остаются на месте в тесной ассоциации с материнской породой. Их, следовательно, нужно рассматривать не как осадочные, а как остаточные образования.
Осадочные породы принято рассматривать и сопоставлять в связи с возрастом их образования.
СОСТАВ МАГМАТИЧЕСКИХ ПОРОД
Характер минералов, кристаллизующихся при охлаждении расплава с образованием магматической породы, зависит от начального состава магмы, температуры ее отвердевания и давления. В общем доля составных частей породы большей основности возрастает с глубиной. Так, магматические породы, называемые гранитами, значительно обеднены некоторыми слабыми основаниями (MgO, Са О, FeO) по сравнению с базальтами, при этом базальтовые магмы приурочены к большей глубине, чем гранитные. В гранитах преобладают сильно кремнеземистые минералы — кварц и калиевый полевой шпат, а базальты обогащены магнезиальными минералами — пироксеном, оливином, роговой обманкой. В табл. 9 приведены главнейшие породообразующие минералы этих двух типов магматических пород и вероятные продукты разложения этих минералов. Глинистые минералы образуются при разложении как гранитов, так и базальтов, однако в результате изменения последних образуется также и более разнообразная ассоциация минералов.
СОСТАВ ОСАДОЧНЫХ ПОРОД
По мере отложения новых осадков погребаемые под ними слои уплотнялись в результате воздействия увеличивающегося давления и становились все более твердыми и "породоподобными". При определенном достаточно высоком давлении могли образоваться глинистые сланцы, твердые тонкоплитчатые глинистые породы, а при дальнейшем воздействии тепла и давления они превращались в аспидные сланцы.
Природа образующихся глинистых минералов, видимо, зависела от преобладающих в этот период климатических условий. При теплом гумидном климате преимущественно возникает каолинит, тогда как в холодных и относительно сухих условиях образуется главным образом монтмориллонит. Широкое распространение глин каолинитового типа на Британских островах свидетельствует о том, что после их отложения произошло резкое изменение климата.
Помимо глин формировались и другие осадочные породы, весьма отличающиеся друг от друга по составу. Местами из морской воды осаждались растворимые соли, в частности карбонаты кальция и магния^ а также коллоидальный кремнезем, и,за счет этих осадков образовались известняки, магнезиальные известняки и кремнистые породы.
Время от времени накапливались большие массы органического вещества. Древесина лесов, произраставших в различные периоды в прошлом, постепенно разлагалась и в результате ряда сложных физических и химических изменений превратилась в осадочные отложения лигнита (бурого угля третичного и юрского возрастов), битуминозные каменные угли и антрацит. В настоящее время эти органогенные отложения обнаруживаются в ассоциации с прослоями глин - лигниты совместно с пластичными комовыми глинами, битуминозные угли и антрациты — с огнеупорными глинами. Некоторое количество органического вещества адсорбируется глинами настолько сильно, что его трудно отделить. Это органическое вещество очень тонко распределено и оказывает заметное влияние на физические свойства некоторых глин.
Роль примеси органического вещества в глинах столь велика, что на ней необходимо остановиться подробнее. Древесные ткани, из которых постепенно образуется каменный уголь, представляют собой целлюлозу — алифатическое соединение, состоящее из многих групп.
Полагают, что в процессе преобразования древесины в каменный уголь боковые цепи лигнина окисляются до карбоксильных групп с образованием так называемых "гумусовых кислот". Судьба целлюлозы точно не известна, но, по-видимому, она полностью разлагается до образования метана и двуокиси углерода.-Другие исследователи считают, что целлюлоза, как и лигнин, превращается в гумусовые кислоты. На этой стадии изменения окаменевшая древесина представляет собой бурый уголь, часто называемый лигнитом.
В более древних отложениях органическое вещество претерпело дальнейшие изменения. В результате интенсивного тепла и давления, обусловленных глубоким погребением и движениями земной коры, конденсация гумусовых кислот продолжалась с.образованием конденсированных кольцевых соединений, похожих на графит, хотя и сохраняющих в отличие от последнего некоторые боковые цепи. Такие вещества называются улъминами. В результате непрочного комбинирования парафинов и смол с ульминами образуется известный битуминозный уголь, распространенный в отложениях карбоновой системы.
Таким образом, материал типа лигнита, ассоциирующийся с молодыми глинами, заметно отличается от битуминозных углей, с которыми связаны огнеупорные глины. Лигнин и гумусовые кислоты пред-ставляют собой высококоллоидальные вещества, обладающие катионо- обменными свойствами, обусловленными их функциональными группами ОН и СООН. С другой стороны, у битуминозных углей очень немногочисленны функциональные группы, поэтому он и оказывает слабое влияние на коллоидальные свойства глин. Согласно работам автора, лигнитовое вещество в пластичных комовых глинах можно подразделить на две достаточно четкие фракции: 1) битуминозные вещества, образовавшиеся за счет парафинов и смол и способные экстрагироваться в органических растворителях, и 2) нерастворимые лигнино-гумусовые вещества, которые, однако, можно окислить до двуокиси углерода и воды при воздействии перекисью водорода. Последняя реагирует с нерастворимой органикой селективно, не затрагивая битумы. Относительные количества битумов и линино-гумуса,
как удалось установить, сильно меняются в разных глинопроявлени- ях, но средний состав органического вещества в комовых глинах очень близок к лигнитовому.
Совершенно иные процессы происходят с органическим веществом огнеупорных глин. Хотя часть его извлекается растворителями, экстракт и нерастворимый остаток химически неотличимы. Кроме то-го, перекись углерода оказывает хотя и замедленное, но общее, а не селективное воздействие на органическое вещество, постепенно целиком окисляя его до двуокиси углерода и воды.
В результате разложения остатков животных и растений образуются скопления нефти и газа, особенно характерные для некоторых толщ глинистых сланцев. Вероятно, подобное происхождение имеют крупные месторождения нефти и газа, в том числе залегающие под Северным морем.
Метаморфические породы образуются в результате воздействия высоких температур и давлений на уже сформированные магматические или осадочные породы. При этом происходят преимущественно изменения минерального состава и строения, а не химизма пород. Типичное метаморфическое изменение — превращение глинистых сланцев в аспидные.
Источник: http://ucoz |
