Файл: Свинко Й. М. Сивий М. Я. Геологія.pdf

блиск від скляного до жирного. Твердість нефеліну, за Моосом, становить 5...6, спайність недосконала, густина — 2,6. Цей мінерал використовують як руду алюмінію, добриво в сільському господарстві, а та­ кож у керамічній, цементній промисловості.

Великі поклади нефелінових порід віднайдено на півдні Донбасу — в Приазов'ї. Із зарубіжних найбільші родовища розташовані в Хібінах на Кольському піво­ строві, в Сибіру (поблизу м. Ачинська).

Топаз (А12[SiO4](F,ОН)2) трапляється у вигляді ок­ ремих кристалів, друз, суцільних зернистих агрегатів, має винно-жовте, зеленувате, блакитне забарвлення, а також буває безбарвний і прозорий, риски не дає, має скляний блиск. Твердість топазу становить 8, спайність досконала, густина — 3,4...3,6. Топаз має високу густину. Залягає в пегматитових, пневматолітових та гідротермальних жилах. Топаз — дорого­ цінний камінь другого класу, з нього також виготов­ ляють шліфувальний порошок.

В Україні топаз добувають в Житомирській об­ ласті, за рубежем — в Ільменських горах на Уралі.

Хризотил-азбест (Мg3[$і205](ОН)4), або гірський льон, — мінерал гідротермального походження, ут­ ворює тонковолокнисті агрегати, прожилки в сер­ пентиніті, має забарвлення зеленувато-жовте до біло­ го, риски не дає, має шовковистий блиск. Твердість, за шкалою Мооса, становить 3...4. Використовують цей мінерал як теплоізолятор, в хімічній, будівельній, автомобільній промисловості.

Родовища хризотилу-азбесту переважно зарубіж­ ні — Азбест (Урал), Киємбаївське (Оренбурзька об­ ласть Росії), Саяни.

Каолініт (А12[Sі205](ОН)4) утворює землисті щільні маси внаслідок вивітрювання польових шпатів. Ка­ олініт має біле, сірувато-біле, жовтувате, бурувате, синювате забарвлення, білу риску, жирний або ма­ товий блиск. Каолініт жирний на дотик, при диханні на нього виникає характерний запах глини. Твердість цього мінералу невисока, густина — 2,6, з водою він утворює пластичну масу. Застосовують каолініт у фар- форо-фаянсовій, хімічній, текстильній, паперовій, лакофарбовій промисловості, він хороший тепло- і електроізолятор, вогнетривкий матеріал.

Україна має найбільші у світі поклади високоякіс­ них каолінів, основні запаси їх зосереджені на Глуховецькому (Вінницька область) і Просянському (Дніпропетровська область) родовищах. Великими родовищами є також Велико-Гадоминецьке (Вінниць­ ка область), Володимирське (Донецька область), Пологівське (Запорізька область) тощо.

Берил (А12{Ве3[Sі6018]}) — мінерал пегматитового і гідротермального походження, утворює шестигранні призматичні кристали, друзи, суцільні зернисті маси. Берил буває блідо-зелений, яскраво-зелений, винножовтий, синювато-блакитний, безбарвний, риски не дає, має твердість, за шкалою Мооса, 7,5...8, спайність у нього недосконала, злом раковистий, густина — 2,8. Різновиди берилу:

смарагд — яскраво-зелений, трав'яно-зелений, прозорий;

аквамарин — синювато-блакитний (кольору мор­ ської хвилі), прозорий;

геліодор — жовтий, прозорий.

Використовують берил як руду на берилій, про­ зорі різновиди — як дорогоцінні камені.

Великі запаси берилу відомі в Бразилії (родовище Боа-Віста), в Казахстані, Забайкаллі, смарагди добу­ вають в Якутії, Індії, Пакистані, Шрі-Ланці тощо.

Гранати мають загальний склад А3В2[SiO4]3, де А= Мg,Fе2+, Мn,Са і В = А1,Fе3+,Се. Гранати — це мінерали магматичного і метаморфічного походжен­ ня, поширені у вигляді кристалів, рідше суцільних мас. Гранати мають такі різновиди:

піроп — темно-червоний; альмандин — червоний з фіолетовим відтінком; уваровіт — смарагдово-зелений; гросуляр — блідо-зелений.

Риска в гранатів безбарвна, блиск скляний, інко­ ли жирний. Твердість, за Моосом, становить 6,5...7,5, спайність цілком недосконала, густина становить 3,5...4,2 г/см3. Використовують гранати переважно як абразиви, прозорі відміни (піроп, альмандин) — як дорогоцінні камені.

Альмандини віднайдено в Придністров'ї (Вінниць­ ка область). Великі родовища гранатів — у Чехії, Шрі-Ланці, в Забайкаллі.

Із органічних сполук розглянемо лише дуже пошире­ ний мінерал янтар, або бурштин.

Янтар С10Н16О4 — це скам'яніла смола давніх хвойних дерев, трапляється в природі у вигляді ок­ руглих шматочків, натічних форм, інколи із вклю­ ченнями комах. Колір його медово-жовтий, вишне­ во-червоний, коричневий, білий, блакитний, зеле­ ний, чорний (має до 300 відтінків), риска біла. Твердість, за шкалою Мооса, становить 2...3. Блиск янтарю скляний або матовий, спайності немає, злам раковистий. Янтар легкий, аморфний, при терті елек­ тризується. Горить, виділяючи приємний гвоздичний запах. Янтар використовується як декоративний камінь, а також для виготовлення лаків, каніфолі, янтарної кислоти, фарб, емалей, зубної пасти, мила,

впарфумерії, медицині, лазерній техніці.

ВУкраїні його добувають в Житомирській, Рів­ ненській, Волинській і Львівській областях. Най­ більше родовище (Клесівське) на Рівненщині. Добу­ вається янтар також на узбережжі Балтійського моря:

вКалінінградській області Росії, у Литві, Латвії.

Контрольні запитання й завдання

1. Що таке кларк? 2. Перелічіть найпоширеніші еле­ менти земної кори та Землі в цілому. 3. Що таке мінера­ ли? 4. Які основні властивості кристалічних тіл? 5. Сфор­ мулюйте основний закон кристалографії. 6. Дайте ви­ значення елементів симетрії кристалів. 7. Що таке кристалографічні сингонії? 8. Що таке поліморфізм та ізо­ морфізм? 9. У яких формах трапляються мінерали в при­ роді? 10. Дайте визначення основних фізичних характе­ ристик мінералів. 11. Що таке парагенезис мінералів? 12. Як класифікуються мінерали?

РОЗДІЛ II

ПРОЦЕСИ ЗОВНІШНЬОЇ І ВНУТРІШНЬОЇ ГЕОДИНАМІКИ

Внутрішні й зовнішні геосфери планети тісно взаємоді­ ють між собою, обмінюючись речовиною, енергією та взаєм­ ним динамічним впливом їхніх середовищ.

Якщо простежити історію розвитку атмосфери Землі, вод Світового океану та материків, літосфери та біосфери, то можна констатувати складні та взаємозумовлені зміни їхніх фізико-географічних характеристик, водно-теплового балан­ су, хімічного складу тощо.

Розділ геологічної науки, який вивчає процеси, що відбу­ ваються на поверхні Землі та в її надрах, називають дина­ мічною геологією, а, відповідно, природні процеси, що зу­ мовлюють формування і розвиток земної кори, в тому числі і її рельєфу, називають геодинамічними, або геологічними, процесами. Власне взаємодія геосфер планети і зумовлюєть­ ся цими процесами, які різняться за інтенсивністю, пошире­ ністю та джерелами енергії.

Деякі процеси відбуваються надзвичайно швидко на об­ межених територіях, спричиняючи катастрофічні явища в при­ роді (вулканічні виверження, селі, гірські обвали, паводки, землетруси тощо). Інші процеси тривають десятки й сотні мільйонів років, поширюються на величезних площах і на­ слідки їхньої дії, на перший погляд, непомітні, а насправді призводять до глобальних змін як на поверхні, так і в надрах планети.

Джерелами енергії геологічних процесів є сонячна радіа­ ція, гравітаційні процеси, тепло надр Землі, взаємодія Землі з Сонцем і Місяцем, осьове обертання Землі тощо.

Залежно від джерел енергії та зон прояву всі геологічні процеси звичайно поділяють на зовнішні, або екзогенні, та

внутрішні — ендогенні, хоча вони найтіснішим чином пов'я­ зані між собою і становлять єдиний комплекс.

Екзогенні геологічні процеси, або процеси зовнішньої динаміки, відбуваються на поверхні Землі чи у верхніх части­ нах літосфери (в зоні гіпергенезу) і зумовлені переважно со­ нячною радіацією, гравітацією, життєдіяльністю організмів та іншими чинниками. Це процеси взаємодії літосфери із зов­ нішніми оболонками планети — гідросферою, атмосферою, біосферою. Вони змінюють рельєф земної поверхні, беруть участь у руйнуванні гірських порід, транспортуванні уламків, осадконагромадженні.

Екзогенними процесами вважають вивітрювання, геоло­ гічну діяльність вітру, поверхневих текучих вод, озер, боліт, вод морів та океанів, підземних вод, льодовиків, багатоліт­ ньої мерзлоти.

В цілому можна умовно виділити три етапи в розвитку екзогенних процесів.

На першому етапі відбуваються руйнівні процеси поверхні літосфери спільною дією атмосферних, гідросферних та біосферних агентів.

У подальшому (другий етап) під дією сил гравітації, по­ верхневих текучих вод, вітру тощо уламковий матеріал, утво­ рений унаслідок руйнівних процесів, виноситься (транспор­ тується) до місць акумуляції.

Третій етап — це нагромадження (седиментація) уламків на дні морів, озер, боліт, в річках, пустелях тощо.

Екзогенні процеси за певних умов спричиняють вирівню­ вання, згладжування поверхні — як суходолу, так і океаніч­ ного дна. Це порівняно повільні процеси — тривалість їх об­ числюється сотнями, тисячами, а то і мільйонами років.

Ендогенні геологічні процеси, або процеси внутріш­ ньої динаміки, спричиняються переважно внутрішніми сила­ ми Землі і відбуваються здебільшого всередині планети, в глибоких шарах кори та у верхній мантії. До них належать тектонічні процеси, магматизм (інтрузивний та ефузивний), метаморфізм, землетруси.

Дія ендогенних процесів спрямована на формування зем­ ної кори, гірських систем, вулканічних конусів, океанічних котловин тощо.

Провідна роль належить тектонічним рухам (горизонталь­ ним і вертикальним, повільним і катастрофічним), які й фор­ мують нерівності рельєфу земної кори. Останні потім підда­ ються впливу чинників зовнішньої динаміки, що спричиняє

72

їхню денудацію, тобто руйнування і винесення продуктів руй­ нування в понижені ділянки рельєфу.

Отже, незважаючи на свою різноспрямованість, процеси внутрішньої та зовнішньої динаміки взаємопов'язані і взаємозумовлені, діють водночас і наслідком їхньої складної взає­ модії є формування вигляду планети.

Глава З МАГМАТИЗМ

3.1.

Магма й утворення магматичних порід

Магма — вогненно-рідкий силікатний розплав, який утворюється у верхній мантії (переважно в астеносфері). Речовина астеносфери перебуває у стані термодинамічної рівноваги. Порушення цього стану, скажімо, пов'язане з підвищенням у тому чи іншому місці температури внаслі­ док радіоактивного розігріву чи зменшенням тиску, при­ зводить до виникнення магматичних осередків (астенолітів), які можуть вторгатися в ослаблені зони літосфери. Такі ослаблені зони можуть створюватися проникненням до астеносфери глибинних розломів.

За хімічним складом магма — складний силікатний роз­ плав, головну роль у якому відіграє кремнезем (3і02), а також оксиди А1, Ре, Мg, Na, К тощо.

Завдяки високому тиску в магмі у розчиненому стані містяться також леткі компоненти (газова фаза), представ­ лені переважно водяною парою, сполуками сірки (S02,Н2S,S03), вуглецю (СН4,СО,С02), хлору (НС1), фто­ ру (НF), бору тощо. їхній вміст може досягати 12 %.

Під магматизмом розуміють сукупність усіх геологіч­ них процесів, рушійною силою яких є магма та її похідні.

Магматизм поділяють на два типи: інтрузивний та ефу­ зивний. У першому випадку магма застигає і кристалізується в надрах Землі, в другому — виливається на земну поверх­ ню, звільняється від газів і застигає без розкристалізації. Наслідком таких процесів є утворення магматичних порід — інтрузивних і ефузивних.

73

Серед геологів популярною є гіпотеза про існування двох первинних (вихідних) магм — базальтової (основної) та гранітної (кислої). Уявлення про існування двох типів магм було сформульоване ще в 1910 р. російським вченим Ф. Ю. Левінсоном-Лесінгом. У 1928 р. канадський петро­ граф Н. Боуен висловив думку про існування лише однієї базальтової магми, з якої пізніше через складні процеси утворилося все розмаїття магматичних гірських порід.

Базальтова (основна) магма має, очевидно, істотне по­ ширення, формується вона в астеносфері, є найлегшою фракцією речовини астеносфери. В цьому типі магми міститься до 50 % кремнезему, а також алюміній, кальцій, залізо, магній тощо. Базальтова магма вирізняється доб­ рою текучістю.

Гранітна (кисла) магма містить 60...65 % кремнезему, в'язка, менш рухома. Осередки гранітної магми форму­ ються, ймовірно, у земній корі на глибинах 10...30 км унас­ лідок переплавлення осадових і метаморфічних порід.

Існують припущення і щодо існування ще двох пер­ винних магм: ультраосновної (перидотитової) та середньої

(андезитової).

Температури магматичних розплавів у надрах земної кори за останніми даними становлять 700... 1100 °С. Унас­ лідок переміщення магми в оточуючі холодні гірські по­ роди вона охолоджується і в ній починаються процеси

магматичної диференціації — розділення на розплави: важ­ кий, збагачений оксидами заліза, кальцію, магнію, і лег­ кий, насичений оксидами силіцію та алюмінію.

Потім починається кристалізаційна диференціація, якій відповідає послідовна кристалізація мінералів від туго­ плавких до легкоплавких. Першими кристалізуються без­ водні, високотемпературні мінерали: магнетит, хроміт, сульфіди, апатит, титаніт, циркон; потім — залізо-магне- зіальні мінерали, такі як олівін, піроксени, рогова обман­ ка, пізніше — польові шпати, мусковіт, кварц. Під час кристалізації важкі мінерали занурюються на дно розпла­ ву і нагромаджуються там, утворюючи після застигання гірські породи ультраосновного складу (дуніти, перидо­ тити).

Верхня частина розплаву послідовно збіднюється на за- лізо-магнезіальні сполуки і збагачується на кремнезем. Цей процес називають гравітаційним фракціонуванням. Як на-

74

слідок, у верхніх шарах розплаву формуються породи се­ реднього і навіть кислого складу (діорити, сієніти, граніти).

Отже, з первинної магми основного складу під час кри­ сталізаційної диференціації може сформуватися масив гірських порід, основність яких зростатиме згори донизу. Приклади таких інтрузивних масивів відомі на Уралі, в районі Нижнього Тагіла — центральна частина інтрузії складена породами основного і ультраосновного складу (габро, габро-перидотити, дуніти), а в крайових частинах виступають породи середнього (сієніти) та кислого (гра­ ніти) складу.

При подальшому охолодженні магми починаються про­ цеси утворення так званих пегматитів. Пегматитовий про­ цес — це утворення мінералів із залишкового силікатного розплаву, збагаченого леткими компонентами. Основна маса заліза, магнію, частково кальцію витрачається на фор­ мування мінералів на попередній магматичній стадії — за­ лишковий розплав збагачується на силіцій, алюміній, натрій, калій і різко зростає концентрація розчинених газів. Через це розплав стає набагато рухомішим і проникає по тріщинах часто на значні відстані від інтрузії. Пегматито­ ве мінералоутворення відбувається на глибині в декілька кілометрів від поверхні землі — при високих тисках і в інтервалі температур 700...500 °С. За таких умов утворю­ ються великі кристали кварцу, польового шпату, слюди і багато рудних мінералів, дорогоцінних каменів, мінералів, які містять рідкісні та розсіяні елементи (германій, гафній, ніобій, тантал, торій, уран, цирконій тощо). З пегматита­ ми пов'язані родовища таких каменів, як смарагд, топаз, турмалін, берил, димчастий кварц, гірський кришталь тощо.

Перегріті гази, які виділяються при зниженні зовніш­ нього тиску із магматичного розплаву, проникають по тріщинах у вмісні породи, взаємодіють з ними, утворю­ ючи нові мінерали (каситерит, вольфраміт, молібденіт тощо). Це так званий пневматолітовий процес мінера­ лоутворення, який відбувається в інтервалі температур 500...350 °С.

На кінцевій стадії диференціації магматичного розплаву важливу роль відіграють гарячі водні розчини (гідротер­ ми), які, взаємодіючи з оточуючими породами на істот­ них відстанях від магматичного осередку, формують цілу низку нових мінералів.

75

Гідротермальний процес поступово замінює пневматолітовий і відбувається при температурах від 400...350 °С аж до температур, близьких до поверхневих. У такий спосіб виникають гідротермальні жили чи родовища золота, срібла, галеніту, сфалериту, кіноварі, халькопіриту, каль­ циту тощо.

На шляху до поверхні магма взаємодіє із вмісними породами, поглинаючи їх, переплавляючи і змінюючи та­ ким чином свій вихідний склад. Цей процес називають асиміляцією. Внаслідок асиміляції магмою осадових та ме­ таморфічних порід утворюються нові магматичні породи, які дуже відрізняються за складом від первинної магми. Так, основна базальтова магма, розплавляючи та погли­ наючи кварцові пісковики, набуває більш кислого складу за рахунок збагачення кремнеземом.

Під час змішування магм різного складу, так званої гібридизації, утворюються породи гібридного характеру з невпорядкованим мінеральним складом.

3.2.

Інтрузивний магматизм

Інтрузивний магматизм — процес вторгнення магма­ тичного розплаву в гранітно-метаморфічні чи осадові товщі, що залягають вище. За цих обставин магма, застигаючи, утворює тіла (інтрузії) різноманітної форми (рис. 9). За глибиною залягання їх поділяють на глибинні та напівглибинні.

Найбільш характерними глибинними інтрузивними тіла­ ми є батоліти та штоки.

Батоліти (рис. 9, а) — величезні, площею в сотні ти­ сяч квадратних кілометрів, тіла. Форма їх найчастіше ви- довжено-овальна, ізометрична. В разі вторгнення батолітів у товщі, котрі залягають вище, відбуваються процеси аси­ міляції вмісних порід і, відповідно, зміна первісного скла­ ду магми. Батоліти складені кислими породами (граніти, гранодіорити), які по краях поступово заміщуються поро­ дами середнього складу (сієнітами чи діоритами). За гео­ фізичними даними розміри батолітів по вертикалі досяга­ ють 10... 15 км.

До глибинних інтрузій належать також штоки (рис. 9,б) — великі масиви магматичних порід площею умовно до

200 км2. Вони часто утворюють виступи куполоподібної форми на верхній поверхні батолітів.

Напівглибинні інтрузивні тіла за співвідношенням із вмісними породами поділяють на згідні (залягають між шарами гірських порід) і незгідні (ті, що перетинають під різними кутами вмісні породи).

Прикладами згідних інтрузивних тіл є сіли (або плас­ тові інтрузії), лаколіти, лополіти і факоліти; незгідні інтрузії

— це дайки, неки, жили.

Сіли (рис. 9, в) утворюються внаслідок вторгнення рідкої магми основного складу вздовж площин нашарування оса­ дових гірських порід. Залягають сіли між пластами (звідси і назва — пластові інтрузії), дуже часто утворюючи пере­ шарування осадових і магматичних порід, у недислокованих і слабодислокованих товщах. Потужність сілів дося­ гає сотень метрів. Сіли знайдено в Тунгуській синеклізі Сибірської платформи, де вони складені базальтами.

Лаколіти (рис. 9, г) — це куполоподібні, грибоподібні інтрузивні тіла діаметром до кількох кілометрів. Верхня поверхня їх опукла, нижня, що сполучається з підвідним каналом, плоска. Утворюються вони внаслідок вторгнен­ ня в'язкої кислої магми, яка припідіймає вмісні породи, згинаючи їх відповідно до своєї форми. Різновидом ла-

Рис. 9. Форми залягання інтрузивних магматичних порід:

а — батоліт; б — шток; в — сіли; г — лаколіт; д — лополіт; є — дайка; є — факоліт