Горные породы рождаются, живут, умирают

Все горные породы возникают в определенной геологической обстановке. В зависимости от условий образования они делятся на осадочные, магматические и метаморфические. Кратко познакомимся с их основными особенностями и происхождением.

Горные породы первой группы - осадочные - обладают хорошо выраженной слоистостью. Они образовались путем осаждения минеральных частиц или растворенных химических веществ из морской, озерной и речной воды, а иногда - вследствие накопления остатков животных или растений (рис. 2). К группе осадочных пород относятся известняки и песчаники, мергели, пески, глины, торф, ископаемый уголь и пр.

Рис. 2. Окаменевшие раковины моллюсков в керченской руде

Но горная порода - не только минеральный агрегат, возникший определенным путем. Любое минеральное скопление образует геологическое тело той или иной формы и характеризуется определенными взаимоотношениями с окружающими горными породами. Другими словами, все горные породы обладают определенными формами залегания.

Наиболее распространенная форма залегания осадочных пород - слой, или пласт. Бывает, что поверхности, ограничивающие слой, быстро сходятся. Такая форма залегания называется линзой. Слои и линзы осадочных пород обычно лежат на подстилающих породах, не нарушая их положения, или, как говорят геологи, согласно. Некоторые осадочные породы могут образовывать секущие тела. Таковы, например, купола каменной соли, прорывающие вышележащие горные породы.

Трудно поверить, что из мелких частиц, содержащихся в воде, или из остатков организмов и растений могло возникнуть огромное количество твердого вещества, из которого состоят горные хребты. Удивительного, однако, в этом ничего нет, так как отложение осадков происходило в течение длительных отрезков времени, измеряемых многими миллионами лет,

Осадочные горные породы возникают не сразу. Вначале на дне водоема накапливается илистый, песчанистый, галечниковый или иной осадок. Он покрывается новыми отложениями, уплотняется, пропитывается минеральными солями из циркулирующих по нему вод и в конце концов превращается в твердую горную породу - глину (из глинистого ила), песчаник (из песка), конгломерат (из гальки и валунов). Иногда при образовании осадочных пород в большом количестве накапливаются остатки раковин и известковых скелетов погибших организмов - моллюсков, кораллов, фораминифер. Тогда возникают ракушечники и другие виды органогенных известняков.

Не только животные, но и растения могут быть строителями горных пород. Например, каменный уголь является продуктом уплотнения и изменения деревьев, кустарников и трав, росших в заболоченных низинах в минувшие геологические эпохи. Отпечатки коры и листьев, остатки корней древних растений в пластах угля - немые, но яркие свидетели его растительного происхождения.

На суше осадочные породы широко распространены, и, на первый взгляд, может показаться, что они играют значительную роль в строении Земли. Однако в действительности это не так. Осадочные породы занимают сравнительно небольшую глубину. В масштабе земного шара они образуют всего лишь «пленку», под которой находятся породы иного происхождения.

Осадочные горные породы - ценнейший геологический памятник. При изучении их слоев можно выяснить условия, в которых они образовались. Например, вершины многих крымских гор состоят из известняков, в которых встречаются остатки окаменевших кораллов. Современные кораллы живут только в прибрежных зонах тропических морей. Поэтому можно утверждать, что крымские коралловые известняки образовались в мелководных участках теплого моря, некогда простиравшегося там, где сейчас возвышаются горы.

Большая группа горных пород образовалась в результате затвердевания и кристаллизации огненно-жидкого вещества - магмы, которая проникает в земную кору из глубин. Такие горные породы называются магматическими, или изверженными. Магма - это сложный силикатный расплав, содержащий громадное количество растворенных газов. Предполагают, что она вязкая, тестообразная, чем и объясняется ее название (греческое слово «магма» обозначает «густая грязь»). Изливаясь на поверхность, магма теряет заключенные в ней летучие вещества, прежде всего пары воды. Такая «обескровленная», лишенная газов и паров магма называется лавой. Лаву извергают вулканы.

В состав магмы входит огромное количество веществ, которые не обособлены друг от друга, а образуют сложный взаимный раствор - расплав. Находясь на глубине, в условиях высокой температуры и огромного давления, магма, по-видимому, состоит из ряда химических элементов или простых соединений, которые по мере понижения температуры постепенно «упорядочиваются», формируя своего рода прообразы будущих минералов. Как только температура понизится настолько, что начнется затвердевание расплава, из магмы начинают выделяться минералы. Они появляются не случайно, не хаотически, а в определенном порядке, который диктуется законами кристаллизации сложных растворов. Постепенно в магматическом очаге остается все меньше расплава, все больше становится минералов. Магма постепенно переходит в смесь минералов, которую мы после затвердевания называем магматической, или изверженной, породой. Эти породы, образно говоря, представляют собой затвердевшие волны и брызги некогда расплавленного подземного океана.

Превращение магмы в горную породу происходит в разных условиях. Так, магма может застывать на глубине, и тогда процесс ее охлаждения идет медленно, возникают зернистые, хорошо раскристаллизованные породы, называемые глубинными, или плутоническими (Плутон - в древнегреческой мифологии бог подземного царства). Наиболее распространенными глубинными породами являются граниты, диориты, габбро, сиениты, перидотиты.

Формы залегания глубинных пород очень разнообразны. Могут образоваться тела, согласные с пластами осадочных пород. Таковы, например, пластовые интрузии, возникшие путем распространения магмы между слоями осадочных пород. Другие тела рассекают слои окружающих пород и поэтому называются несогласными. Таковы, например, дайки, образовавшиеся путем заполнения трещин магмой.

Самая крупная из форм залегания глубинных изверженных пород - батолиты. Это огромные, площадью в сотый и тысячи квадратных километров, гранитные тела с неровной поверхностью - кровлей - и крутыми боковыми стенками. До недавнего времени считалось, что батолиты уходят на десятки километров вниз, до самого магматического очага.

В настоящее время бездонность батолитов поставлена под сомнение. Применение новых приемов исследования показало, что некоторые батолиты Казахстана, Германии и др. - не бездонные тела, они имеют ограниченную толщину - всего несколько километров.

Наконец, часто под влиянием активных внутренних сил Земли магма прорывается на поверхность, растекаясь в виде потоков лавы. Так возникают излившиеся горные породы, или собственно вулканические. Слово «вулканический» происходит от имени бога огня и ремесел Вулкана, кузница которого, по мнению древних римлян, находилась под горами, извергающими огонь и дым, в группе Липарских островов (Стромболи, Вулкано и др.). Из вулканических пород наиболее широко распространены базальты, андезиты, порфириты, спилиты.

Вулканические породы также обладают различными формами залегания Лава, текущая по уклону, образует потоки. На обширной выровненной местности возникают покровы. Вязкая лава не успевает растечься и застывает в виде куполов. Продукты вулканических взрывов образуют слои и линзы.

На поверхности лава охлаждается гораздо быстрее, чем магма на глубине, поэтому условия для образования кристаллов менее благоприятны. Вулканические породы обычно бывают плохо раскристаллизованы, тонкозернисты, а иногда совершенно лишены кристаллов; в этом случае они внешне напоминают стекло и называются вулканическими стеклами.

Наблюдения над действующими вулканами показывают, что извержения лавы происходят по-разному. В одних случаях она появляется на поверхности спокойно, растекается по склонам гор в виде потоков. Так ведут себя лавы со сравнительно невысоким содержанием газов; эти лавы представляют собой подвижные жидкости, иногда не уступающие по вязкости воде. Однако нередко случается, что извержения лавы па поверхность Земли происходят очень бурно, с выделением огромного количества газов, которые распыляют жидкую лаву, а ее затвердевшую, плотную корку раздробляют на мелкие куски. Такие извержения сопровождаются взрывами и часто приводят к страшным катастрофам, как, например, известное извержение итальянского вулкана Везувия в 79 году нашей эры, когда были полностью уничтожены города Помпея и Геркуланум и деревушка Стабия, расположенные у подножия вулкана.

В результате взрывных извержений на поверхности Земли накапливается раздробленный вулканический материал - от тонкозернистого, подобного пыли, до грубо-обломочного. После уплотнения и цементации этот материал тоже превращается в горные породы. По условиям своего образования они занимают промежуточное место между вулканическими и осадочными. Подобно вулканическим эти породы возникли из лавы, но состоят они не из сплошной массы кристаллов и вулканического стекла, а из обломков лавового материала, залегающих в виде слоев, подобно осадочным породам. Такие горные породы называются пирокластическими, что в переводе с греческого значит «породы, состоящие из обломков огненного происхождения». К пирокластическим породам принадлежат туфы, туфобрекчии и туффиты.

Магматические породы, так же, как и осадочные, являются важными памятниками геологического прошлого. Глубинные породы свидетельствуют о грандиозных перемещениях расплавленного вещества в земной коре, происходивших в определенные периоды в участках с пониженной прочностью, куда легче всего могла проникнуть магма. Вулканические горные породы свидетельствуют о многократных, часто гигантских по своей силе вулканических извержениях, сопровождавшихся излиянием огромного количества лавы и выбросами обломочного материала. По количеству лавовых потоков можно судить о числе извержений лавы на поверхность, по мощности лавовых потоков - о силе извержений. Наличие вулканических туфов свидетельствует о взрывном характере вулканической деятельности. Смена лав одного состава лавами другого говорит о том, что магма с течением времени изменяет свой состав, или, как принято говорить, испытывает дифференциацию.

Третья группа горных пород по своим свойствам отличается от магматических и осадочных и вместе с тем связана с ними постепенными переходами. Это так называемые метаморфические, то есть измененные породы, которые образуются в глубинах Земли из осадочных и магматических пород под влиянием температуры, давления и химически активных веществ. Название этих пород про- 1 исходит от греческого слова «метаморфо», что значит | «превращаю».

При метаморфических превращениях из кварцевых песчаников возникают кварциты, из известняков - мраморы, глины превращаются в глинистые сланцы. При глубоком изменении различных пород образуются гнейсы.

Формы залегания метаморфических пород во многих случаях не представляют собой чего-либо нового и являются повторением формы первичной, неметаморфизован-иой породы.

Однако существуют и особенности в залегании метаморфических пород. Те из них, которые возникли за счет большого давления в узких зонах, раздробляются, развальцовываются, рассланцовываются и залегают в виде полос. Своеобразно залегание метаморфических пород, образовавшихся путем внедрения под давлением тонких, частых гранитных прожилков в ранее существовавшие породы. Такая своеобразная форма залегания названа рассеянными интрузиями.

Метаморфизм, по-видимому, происходит в твердом веществе, без изменения его объема. Об этом свидетельствуют опыты академика Ф. Ю. Левинсона-Лессинга, проведенные на Урале в 1910 г. В кладку мартеновской печи были помещены угловатой формы куски горной породы дунита, состоящей из минерала оливина, частично замещенного серпентином. Образцы находились в течение восьми месяцев под непрерывным воздействием высокой температуры (1200-1300°С). Когда куски вынули, оказалось, что их форма осталась прежней, но в минералогическом составе произошли значительные изменения. Серпентин исчез, вместо него появился ромбический пироксен. Оливин хотя и сохранился, но испытал большие изменения в форме кристаллов. Зерна оказались теснее сгруппированными, а их контуры приобрели извилистость. Кристаллы оливина испытали перекристаллизацию.

Если метаморфизм более или менее значителен, мелкие зерна минералов исчезают, порода перекристаллизо-вывается с образованием более крупных зерен. Во многих случаях при этом происходит исчезновение одних минералов и возникновение других. Под влиянием давления уплощенные и удлиненные минералы в метаморфических породах располагаются в одной плоскости, поэтому многие из этих пород обладают хорошо выраженной сланцеватостью и легко раскалываются на тонкие плитки (рис. 3). Если же исходная порода состоит из перемежающихся слойков, то в результате метаморфизма она становится полосчатой.

Рис. 3. Слюдистый сланец

Где же встречаются метаморфические породы? Они образуются под влиянием повышенной температуры и давления, поэтому обычно бывают распространены в тех участках земной коры, которые некогда находились на больших глубинах. Метаморфические породы очень широко распространены на древнейших участках земной коры - щитах-Балтийском (Кольский полуостров, Финляндия), Украинском (Киевская, Житомирская, Черкасская и другие области) и др. Распространены метаморфические породы и в местах складчатых горных сооружений. В центральных частях складчатых сооружений, в свое время побывавших на больших глубинах и испытавших там влияние высокой температуры, давления и химически активных веществ, также встречаются различные кристаллические сланцы, гнейсы и другие метаморфические породы.

Итак, горные породы могут возникать различными путями в результате разных геологических процессов, происходящих на поверхности и в глубинах планеты. Внутреннее тепло Земли, движение вещества в ее недрах, солнечное тепло, морозы, работа ветра, воды и льда, жизнедеятельность животных и растений - все эти внутренние и внешние геологические процессы влияют на образование и дальнейшую жизнь минералов и горных пород, при первом взгляде кажущихся неизменными.

В природе нет минералов и горных пород, существующих вечно. Общий и абсолютный закон природы - движение. В какой бы форме оно не проявлялось, оно есть всегда. Любая горная порода когда-то возникла и когда-нибудь ее существованию придет конец. Она не исчезнет бесследно, а просто превратится в другую горную породу. Так, при разрушении гранита его частицы дают начало слоям песка и глины, песок при метаморфизме превращается в песчаник и кварцит, а будучи погружен в недра, может снова дать начало граниту.

Изучение горных пород им€?ет большое научное и практическое значение. Знание условий образования горных пород дает возможность судить о геологических процессах на поверхности и в глубинах Земли, которые привели к их возникновению. Например, лавы и вулканические туфы свидетельствуют о вулканической деятельности сложного характера - чередовании излияний и вулканических взрывов; крупные массивы глубинных пород служат наглядным доказательством проникания из земных недр жидкой огненной магмы, застывшей на некоторой глубине от поверхности. Знание свойств различных горных пород помогло расшифровать внутреннее строение нашей планеты и установить, что Земля состоит из ряда оболочек - геосфер, может быть, имеющих разный состав.

Практическое значение горных пород очень велико. Многие из них сами являются полезными ископаемыми либо служат источником ценных руд. Гранит, например, - прекрасный строительный и облицовочный материал; известняк применяется для получения гашеной извести, в качестве флюса и т. д. С массивами гранитов связаны месторождения олова, вольфрама, молибдена и других редких металлов, с глубинными телами габбро - месторождения платины, никеля. Разным магматическим породам сопутствуют различные полезные ископаемые. Эти закономерности дают геологам возможность сосредоточивать поиски полезных ископаемых в местах распространения определенных горных пород, что, конечно, облегчает работу.

Мы рассказали о некоторых важнейших особенностях горных пород. Но остается еще много интересных вопросов, связанных с жизнью камня. Случайный ли характер имеют сочетания минералов и горных пород в разных районах Земли? Всегда ли на различных этапах геологической истории образовывались одинаковые горные породы или с ходом времени возникали различия? Эти вопросы вводят в круг проблем геологии сегодняшнего дня. Поэтому остановимся на них несколько подробнее.