Пегматитовое минералообразование это природный процесс который протекает в верхних частях магматических очагов, в условиях высокого давления, богатства магмы летучими компонентами (водой, фтором, бором, литием, бериллием и др.).
Здесь возникают весьма своеобразные породы, называемые пегматитами.
Пегматиты образуются в конце собственно магматического процесса в интервале температур от 700 до 400° С и характеризуются рядом особенностей в структуре (строении) и минеральном составе.
В частности, для пегматитов характерно присутствие ценных редких элементов, таких, как ниобий, тантал, литий, бериллий, рубидий, цезий, редкие земли и др.
Пегматитовое минералообразование в природе
Пегматитам свойственна своеобразная структура прорастания кварца и полевого шпата. Такая структура напоминает письменность (клинопись), отсюда и название «пегматит» (греч. «пегма»-буква).
Иначе пегматит называют «еврейским камнем» (напоминает древнееврейские письмена) или письменным гранитом (рис. 2).
Пегматиты характеризуются крупнозернистой структурой и залегают в виде неправильных жил, линз, гнезд, штокообразных тел, протягивающихся от 1—2 м до 300—400 м.
Мощность пегматитовых тел — от долей метра до 30—40 м. Пегматитовые тела нередко имеют зональное строение и тенденцию к увеличению размеров минералов от периферии к центру.
Часто в центральной части пегматитовых тел имеются полости, так называемые «занорыши», в которых формируются крупные кристаллы мориона, ортоклаза, амазонита, аметиста, берилла и других минералов.
Иногда такие кристаллы достигают гигантских размеров — до нескольких метров в длину и весом до нескольких десятков тонн.
Наряду с главными породообразующими минералами — полевым шпатом и кварцем — в пегматитах наблюдаются турмалин, мусковит, берилл, колумбит, танталит, топаз, сподумен, а также минералы содержащие уран, торий, олово, вольфрам, редкоземельные элементы, фосфор и др.
Среди пегматитов выделяют образования, связанные с магматическими горными породами разного состава. Наиболее часто они встречаются среди кислых и щелочных горных пород.
На происхождение пегматитов нет единой точки зрения. Наиболее полно теорию пегматитов разработал Ферсман.
Он полагал, что пегматиты возникают вследствие раскристаллизации остаточного магматического .расплава, обогащенного летучими компонентами.
Дальнейшую разработку данная теория получила в работах К. А. Власова и А. И. Гинзбурга. Другую гипотезу на образование пегматитов развил А.Н. Заварицкий.
По его представлениям, поддержанным В. Д. Никитиным и другими учеными, остаточного расплава «пегматитового» состава не существует, и пегматиты возникают вследствие перекристаллизации первичной «материнской» горной породы под действием газоводных растворов.
Пегматиты представляют значительный интерес, ибо с ними связано образование около 300 минералов.
Многие из них имеют практическое значение и используются в качестве полезных ископаемых.
К ним относятся: полевой шпат, слюда, горный хрусталь и драгоценные камни — аквамарин, берилл, топаз, изумруд, минералы, содержащие редкоземельные элементы — бериллий, ниобий, тантал, литий и церий.
В пегматитах образуются минералы олова и вольфрама.
Полевой шпат, добываемый из пегматитов, в смеси с каолинитом и огнеупорной глиной используется для изготовления фарфоровой и фаянсовой посуды и электроизоляторов.
Большую ценность представляет минерал изумруд — зеленая разновидность берилла, добываемый из пегматитов. Широко известны прекрасные изумруды с их нежно-зеленой окраской.
Послемагматическое минералообразование
Послемагматическое (или постмагматическое) минералообразование происходит в интервале температур ниже 500° С вплоть до температур, характерных для поверхностных условий и завершает эндогенные процессы генезиса минералов.
Минералы послемагматического этапа образуются из остаточных газоводных растворов, являющихся самыми поздними продуктами магматической дифференциации.
Этот этап, называемый также пневматолито-гидротермальным, завершает магматический процесс и по существу, протекает после окончания процесса кристаллизации в глубинном массиве.
Пневматолито-гидротермальный этап можно разбить на две стадии: пневматолитовую, когда процесс минералообразования происходит из летучих соединений — пневматолитов (греч. «пневма» — газ).
Заключенных в магмах, и гидротермальную стадию, во время которой минералы выпадают из горячих водных растворов, выделяющихся из магматических очагов в процессе дифференциации и раскристаллизации магмы.
О составе газообразных продуктов можно судить по вулканическим извержениям.
Они представлены водяными парами и различными газами: водородом, хлором, азотом, углекислым газом, угарным газом, кислородом, метаном, сероводородом, аммиаком, хлористым водородом, серой и др.
Как показали непосредственные наблюдения, основная масса выбрасываемых газообразных продуктов состоит из воды.
Например, газы, содержащиеся в лаве вулкана Килауэа (Гавайские о-ва), состояли на 68,2% из водяного пара, а в газообразных выделениях вулкана Катмай (Аляска) водяной пар составлял 99% по объему.
Химический состав газовых выделений вулканов меняется со временем по мере понижения температуры.
В начале извержения вулкана при высоких температурах (выше 600° С) газы состоят из хлористо-и фтористоводородных соединений.
Фумаролы
Газообразные выделения вулканов выше 200° С принято называть фумаролами (итал. «фумарола» — дым).
Фумаролы состоят из хлористого водорода, сернистого газа, азота, углекислого газа, паров воды.
При понижении температуры меняется состав газов и фумаролы превращаются в сольфатары (итал. «сольфатара» — серная копь).
Температура сольфатар понижается до 100—200° С и состав их меняется: они состоят из сернистого газа и сероводорода. При возгонах образуется сера.
При понижении температуры ниже 100° С возникают мофетты (углекислые фумаролы).
Мофетты проявляются на конечной стадии вулканизма и состоят в основном из двуокиси углерода с примесью водорода и соединений бора.
Количество выбрасываемых газообразных соединений огромно.
Например, подсчитано, что в долине «Десяти тысяч дымов» (Аляска) ежесекундно выходит через трещины 23 тыс. м3 пара с температурой 600° С.
Здесь ежегодно образуется около 1250 тыс. т хлористого и 200 тыс. т фтористого водорода.
В результате развития магматического очага удаляются летучие соединения и пары воды, образуя ряд минералов— пневматолитов.
Таким путем образуются минералы: топаз, турмалин, флюорит, касситерит, вольфрамит, молибденит и др.
Когда температура паров понизится до 370—360° С, т. е. станет ниже критической точки воды (374° С), появляются горячие водные растворы — гидротермы.
Пневматолитовая стадия переходит в гидротермальную. По мере подъема горячих растворов по трещинам земной коры температура их падает и из них выделяются растворенные минеральные соединения в определенной последовательности.
Часть минералов выпадает непосредственно метаном, сероводородом, аммиаком, хлористым водородом, серой и др.
Как показали непосредственные наблюдения, основная масса выбрасываемых газообразных продуктов состоит из воды.
Часть минералов выпадает непосредственно из растворов, ряд минералов образуется в результате реакций между различными соединениями.
Часть минералов возникает за счет реакций между растворенными соединениями и минералами боковых пород трещин, по которым движутся растворы.
В таких случаях часто наблюдаются процессы метасоматоза, т. е. замещения компонентами раствора некоторых соединений ранее образованного минерала с возникновением нового минерала.
Процессы метасоматоза наиболее интенсивно проявляются на контакте внедряющейся интрузии с вмещающими породами, где происходят интенсивные контактово-метасоматические преобразования.
При внедрении интрузии в карбонатные породы в условиях длительного воздействия высокой температуры и летучих компонентов на контакте возникают так называемые скарны — породы, состоящие из своеобразных минералов —силикатов кальция, железа, алюминия и других элементов.
Здесь возникают следующие минералы:
1. Гранат, пироксены, плагиоклазы — при высоких температурах;
2. При более низких температурах — эпидот, актинолит, карбонаты, рудные минералы (магнетит, шеелит, молибденит, сфалерит, галенит и др.).
Со скарнами часто бывают связаны крупные скопления железа (г. Магнитная, Благодать, Урал), иногда молибдена и вольфрама (Тырныауз, Кавказ).
Если интрузия внедряется в силикатные породы (граниты, песчано-глинистые породы и др.), образуются грейзены.
Грейзены состоят из кварца, светлой слюды, топаза, турмалина, берилла, флюорита, рутила.
Из рудных минералов здесь образуются: молибденит, вольфрамит, шеелит, касситерит, арсенопирит, гематит, магнетит, сфалерит, галенит, минералы висмута, иногда меди.
Для гидротермальных процессов очень характерно проявление околотрещинного метасоматоза вмещающих пород.
Для высоких температур характерны явления скарнирования и грейзенизации, описанные выше.
В условиях средних температур (200—300° С) происходят процессы окварцевания, карбонатизации, серицитизации (образование мелкочешуйчатого мусковита, называемого серицитом), хлоритизации и серпентинизации боковых пород.
Для низких температур гидротермального процесса (<200°С) характерны явления каолинизации (замещение первичных минералов каолинитом, гидрослюдами и др.).
Окремнения, пропилитизации (замещение магнезиально-железистых минералов хлоритом и образование пирита, а плагиоклазов — адуляром и альбитом) и др.
В гидротермальную стадию — завершающую стадию магматического цикла явлений — образуется основная масса полиметаллических руд:
1. Галенит, сфалерит, халькопирит,
2. Драгоценные металлы — золото и серебро,
3. Минералы ртути, мышьяка, сурьмы,
4. Редкие металлы — вольфрам, молибден, олово, висмут, отчасти никель и кобальт.
Такие месторождения полезных ископаемых, образовавшиеся гидротермальным путем, имеют форму жил, залежей и неправильных «скоплений, заполняющих трещины земной коры.
Минералообразование при гипергенезе и осадочном процессе
В совершенно иных условиях, нежели процессы эндогенного минералообразования, протекает минералообра-зование при выветривании, или гипергенезе, и осадконакоплении.
Гипергенез и осадконакопление происходят в экзогенных условиях и относятся к экзогенным процессам.
Экзогенное минералообразование приводит к физическому и химическому разложению того, что было создано эндогенными процессами, и одновременно к возникновению новообразований, устойчивых в иной среде.
Часть продуктов разложения текучими водами переносится в растворенном или взвешенном состоянии и по пути следования отлагается в местах замедленного течения вод.
Здесь также происходят своеобразные процессы минералообразования, приводящие к отложению осадков в виде пластов на дне водоемов.
Этот процесс называется осадочным процессом.
Выветривание, или гипергенез (греч. «гипер» — над, сверху, «генезис» — происхождение), — сложный процесс, проявляющийся под влиянием многих физических, химических и биологических факторов.
Термин «гипергенез» предложен акад. Ферсманом. При выветривании различных горных пород и минералов происходит образование новых минералов, устойчивых в экзогенной среде.
Эти преобразования начинаются в зоне, где идут процессы окисления и где видную роль в присутствии воды играет гидратация ряда минералов и горных пород.
В различных климатических зонах земного шара выветривание происходит с преобладанием физических, химических или биохимических процессов.
Разрушение
В пустынях, в высоких скалистых горах, в полярных странах — везде, где горные породы не прикрыты почвой и растительностью — происходит интенсивный процесс разрушения, главным образом, за счет суточных и сезонных колебаний температуры.
Здесь преобладают механические процессы дезинтеграции пород, протекающие без изменения минерального состава.
В условиях климата с незначительными и нерезкими колебаниями температуры процессы физического разрушения горных пород замедленны, более активны химические и биохимические процессы, особенно при наличии воды, свободного кислорода, углекислого газа и органических кислот.
Интенсивность процесса увеличивается в условиях влажного и теплого климата. Здесь происходят процессы растворения и выщелачивания, окисления и восстановления, гидролиза и гидратации, карбонатизация и т. п.
Растворение и выщелачивание происходят под действием воды и растворенных в ней различных компонентов.
Легко растворимы: каменная и калийные соли, гипсы и ангидриты, известняки и доломиты и др.
О масштабах такой работы говорит следующий пример: ежегодно с каждого квадратного километра земной поверхности растворяется 26,4 т различных веществ, что в совокупности дает 2735 млн. т веществ, выносимых в моря и океаны.
Окисление и гидратация интенсивно проявляются в близповерхностных горизонтах земной коры.
Например, так преобразуется пирит под воздействием кислорода в присутствии воды:
FeS2 (пирит) + nO2+mH2O → FeSO4→ Fe2(SO4)3 → FeOOHxnH2O (гидрогётит)
За счет гидратации минерал гётит переходит в гидрогётит:
FeOOH (гётит) + nН2O → FeOOH x nН2O (гидрогётит)
Гидролиз является очень важным процессом при выветривании различных минералов. Решающую роль он играет при выветривании силикатов, слагающих основную массу земной коры.
В результате гидролиза, например, полевых шпатов возникают гидрослюды, преобразующиеся затем в минералы группы каолинита или галлуазита:
K[AlSi3O8] (калиевый долевой шпат) → (K, H3O)Al2(OH)2[AlSi3O10] (гидрослюда) → Al4(OH)8[Si4O10] (каолинит)
Это сложное преобразование называется каолинизацией полевых шпатов.
Таким образом, в результате выветривания, происходящего под влиянием механических, химических и биохимических факторов.
Во внешней части земной коры возникают две группы продуктов выветривания:
1. Подвижные, уносимые с места их образования на различные расстояния.
2. Остаточные (несмещенные), возникшие на месте выветривания горной породы.
Остаточные продукты выветривания называют элювием. Верхняя оболочка земной коры, сложенная продуктами выветривания, называется корой выветривания.
Поверхностный слой коры выветривания, разрыхленный и обогащенный органическим веществом, обладающий плодородием, образует почву.
Горные породы, на которых и за счет которых происходит процесс почвообразования и возникает почва, называются почвообразующими породами.
Продукты выветривания, переносимые на различные расстояния по поверхности земли, участвуют в осадочном процессе.
Совокупность процессов образования осадков и осадочных горных пород называется литогенезом (греч. «литое» — камень, «генезис» — происхождение).
Огромные толщи осадков возникают на дне водоемов: озер, морей и океанов, часть из них образуется и на суше. До момента превращения осадков в горную породу проходит нередко много времени.
Выделяют несколько стадий литогенеза:
1) Седиментогенез — накопление осадка;
2) Диагенез — процесс окаменения осадка;
3) Эпигенез — процесс внутреннего преобразования горной породы.
Седиментогенез
Продукты выветривания горных пород переносятся на различные расстояния и осаждаются в определенных условиях — происходит седиментоге.
К осаждаемым продуктам гипергенеза присоединяются вулканогенный материал и продукты жизнедеятельности организмов.
Отложение осадков начинается в процессе переноса с образованием пролювия (отложения, возникающие во временных русловых потоках), делювия (отложения, возникающие на склонах) и аллювия (речные отложения) и завершается в водных бассейнах.
Седиментогенез для различных климатических зон имеет свои особенности.
В частности, в областях с жарким климатом создаются идеальные условия для выпаривания воды в водных бассейнах и осаждения вещества.
Кристаллизация солей происходит в следующей последовательности (по Н. С. Курнакову):
1. Сначала выпадает гипс,
2. Затем при увеличении солености (вследствие испарения воды) выпадает галит,
3. При дальнейшем испарении воды — сульфаты калия, магния, карналлит, бишофит MgCl2x6H2O с одновременным выпадением галита.
Диагенез
Это процесс изменений, происходящих в осадке, который приводит к преобразованию его в горную породу (греч. «диагенезис» — перерождение).
Некоторые ученые подразделяют диагенез на две стадии:
1. Сингенез (ранный диагенез),
2. Эпигенез (поздний диагенез).
Л. В. Пустовалов считает, что сингенез отвечает частью седиментогенезу и частью диагенезу.
Сингенетичный — значит образовавшийся одновременно с чем-либо, например, со временем образования осадка, породы и т. д.
Другие ученые рассматривают эпигенез как самостоятельный процесс. Процессы диагенеза проявляются при участии физико-химических, химических и органических факторов.
В результате диагенеза происходят:
1. Уплотнение осадка и уменьшение его влажности,
2. Старение коллоидов,
3. Возникновение новых минералов из иловых растворов,
4. Разложение одних и образование других минералов,
5. Перераспределение осадка.
В стадию диагенеза возникают новообразования: пирит, марказит, опал, халцедон, кварц, гидрогётит, пиролюзит, барит, целестин, кальцит, доломит, сидерит, глауконит, гидрослюды, монтмориллонит и ряд других минералов.
Возникшие минералы характеризуются весьма малыми размерами зерен.
В преобразовании осадков в стадию диагенеза принимают участие бактерии и другие микроорганизмы.
Присутствующие в значительном количестве в условиях высокой концентрации разлагающихся органических остатков.
Диагенез различных климатических зон имеет свои особенности в его проявлении и характере новообразований.
Эпигенез
Термин «эпигенетический» обозначает, что явление произошло после чего-либо, в данном случае — после образования горной породы (греч. «эпи» — после, «генезис» — происхождение).
Эта стадия иногда называется катагенезом, по определению Ферсмана.
К стадии эпигенеза относят все изменения, которые претерпевает осадочная горная порода до начала метаморфизма:
1. Уплотнение пород, коррозия и растворение минералов,
2. Образование новых минералов из растворов или путем метасоматоза.
Например, магнезиальные растворы, проходящие сквозь толщу известняков, преобразуют их в доломиты и перекристаллизация.
При эпигенезе возникают следующие группы минералов:
1. Сульфиды (пирит, марказит, галенит, сфалерит и др.),
2. Окислы (кварц, халцедон, гематит, рутил),
3. Сульфаты (барит, ангидрит),
4. Карбонаты (доломит, кальцит),
5. Силикаты (гидрослюды, полевые шпаты, турмалин, эпидот).
Для данной стадии характерны значительные размеры кристаллов, нарастание каемок на обломки зерен, в пустотах и порах, возникновение конкреций и секреций.
В стадию эпигенеза в отличие от стадии диагенеза роль организмов в преобразовании осадочных пород ничтожна.
Вследствие литогенеза происходит образование осадочных горных пород. Осадочные горные породы в толще земной коры составляют лишь 5%.
Однако в поверхностных частях земной коры, на их долю приходится около 75%. Осадочные горные породы возникают при различных экзогенных процессах на поверхности Земли.
Преобладающая их часть отлагается в морских водоемах.
Осадочные горные породы характеризуются рядом специфических особенностей: они, как правило, слоисты, часто пористы, нередко с отпечатками различных растений и организмов, часто содержат ископаемую флору и фауну.
Многие осадочные горные породы рыхлы и сыпучи (пески, гравий), залегают в виде слоев и пластов. Минеральный состав осадочных горных пород также специфичен.
Например, только в осадочных породах встречаются такие минералы, как галит, мирабилит, гипс, глауконит, ряд глинистых минералов и т. д.
Среди осадочных пород нередко наблюдаются мономинеральные толщи: известняки, каменная соль, гипсы и ангидриты, фосфориты и др.
Все осадочные горные породы подразделяют на три большие группы:
1. Обломочные (пески, гравий, галька, песчаники, лёсс и др.),
2. Глинистые (каолиновые, гидрослюдистые, моитмориллонитовые глины и др.),
3. Хемогенные и органогенные (известковый туф, известняки, мергели, доломиты, диатомиты, опоки, фосфориты, бокситы, каменная и калийная соли, каменный и бурый угли, нефть и др.).
Такое подразделение проводится в связи с участием в образовании выделяемых групп горных пород механических, химических и биологических процессов.
Минералообразование при метаморфизме
В 1825 г. Ч. Ляйель для определения преобразований горных пород под действием эндогенных сил ввел понятие метаморфизм.
Метаморфизм проявляется в изменении минерального, иногда химического состава горных пород, их структуры и текстуры.
Метаморфические процессы обычно происходят под воздействием высоких температур, больших давлений, химически активных растворов и газов.
Эти факторы, участвующие в преобразовании горных пород, называют факторами метаморфизма.
При метаморфизме происходит частичная или полная перекристаллизация горных пород с образованием новых минералов и особенностей строения.
Метаморфизм может проявляться как с привносом вещества (в этом случае меняется химический состав горных пород), так и без привноса вещества (химический состав пород остается без изменения).
В зависимости от преобладания того или иного фактора при метаморфизме выделяют следующие его виды:
1. Динамометаморфизм.
2. Контактовый метаморфизм.
3. Региональный метаморфизм.
Динамометаморфизм проявляется под воздействием высоких давлений и выражается в сильном дроблении, скручивании и перетирании горных пород без изменения минерального состава горных пород.
Динамометаморфизм протекает без участия магмы.
Контактовый метаморфизм проявляется на контакте внедряющейся магмы с вмещающими породами.
Под влиянием внедрившейся интрузии происходят интенсивные преобразования как во вмещающих породах, так и в самой интрузии. Изменения происходят по обе стороны от контакта.
В связи с этим различают экзоконтактовый метаморфизм (происходит во вмещающих интрузию породах) и эндоконтактовый метаморфизм (охватывает внутренние зоны от контакта — в самой интрузивной породе).
Контактовый метаморфизм происходит под воздействием высокой температуры и самой магмы.
И выражается в интенсивной перекристаллизации горных пород. На контакте возникают своеобразные породы, называемые роговиками.
Региональный метаморфизм
Региональный метаморфизм проявляется при совместном воздействии на горные породы высоких давлений и температур, нередко расплава магмы, химически активных растворов и газов.
Региональный метаморфизм происходит на огромных пространствах и приурочен к глубоким зонам земной коры.
Горные породы претерпевают существенные изменения в минералогическом и химическом составе, возникают новые структуры и текстуры горных пород.
Метаморфизм сопровождается перекристаллизацией, огромные давления приводят к пластическому течению и расплющиванию горных пород.
Изменения в горных породах, как считает Ф. Ю. Левинсон-Лессинг, происходят в твердом состоянии без перехода вещества горных пород в жидкое состояние.
Возникающие метаморфические горные породы обычно характеризуются кристаллической структурой.
Слагающие горную породу минералы имеют листоватую, таблитчатую, игольчатую, чешуйчатую форму зерен. Весьма характерны текстуры метаморфических горных пород.
Наиболее распространенными из них являются:
1. Сланцеватая — минералы имеют параллельное расположение в породе, которая приобретает полосчатое строение.
2. Гнейсовая — таблитчатые минералы располагаются своими длинными сторонами параллельно друг другу в отличие от сланцеватой текстуры где преобладают чешуйчатые и листоватые минералы, здесь больше таблитчатых и меньше чешуйчатых и листоватых минералов.
3. Плойчатая — слагающие минералы собраны в мелкие складки; очковая — в породе наблюдаются овальные зерна минералов или их агрегатов, окруженные рассланцованными, плойчатыми участками породы.
4. Волокнистая — порода сложена волокнистыми или игольчатыми минералами, вытянутыми параллельно друг другу, и др.
Наиболее распространенными метаморфическими горными породами, возникающими в результате регионального метаморфизма, являются:
1. Гнейсы,
2. Кристаллические и глинистые сланцы,
3. Кварциты,
4. Мрамор,
5. Зеленые сланцы,
6. Амфиболиты,
7. Серпентиниты.
Изучение продуктов метаморфизма — метаморфических горных пород —имеет большое практическое значение: с ними ассоциирует большое количество месторождений полезных ископаемых.
Богатейшие месторождения железа в СНГ приурочены к метаморфическим породам регионального метаморфизма — Курская магнитная аномалия, Кривой Рог.
Много месторождений связано с контактово-метасоматичёскими преобразованиями:
1. Скопления железных руд (г. Магнитная на Урале), богатые руды молибдена (Тырны-ауз на Кавказе), редкометалльные и полиметаллические месторождения.
2. Вторичные кварциты с высокоглиноземистым сырьем и медью.
3. Месторождения талька и асбеста, наждака (корунда) и слюды.
Велико также значение метаморфических пород как сырья для строительных и декоративных работ: мрамора, кварцита, кровельных сланцев и серпентинитов.
Статья на тему пегматитовое минералообразование