Горные породы: использование с древних времён и до наших дней

• Доклады
• География
• Горные породы

На нашей планете в недрах земли огромное количество ископаемых, их принято называть горными породами. В основном горные породы состоят из совокупности минералов, которые находятся в земной коре.

К горным породам относят не только твердые тела, но и воду, природный газ и нефть.

Термин «горные породы» ввел в 1798 году геолог В.М. Севергин. Данный термин обобщил все известные на тот момент науки по изучению земной коры и пород, которые в ней есть.

Горные породы часто классифицируют по составу:

• Кислые
• Основные
• Щелочные

Существует три класса горных пород.

Магматические горные породы

Название пошло от того, что данный класс горных пород образуются с магмы. Такие породы обычно очень твердые и находятся глубоко в земле, где преобладают высокие температуры.

К данному классу породы относят гранит, который составляет самый больший процент встречаемых на Земле горных пород.

Гранит образуется не в чистом виде, в его составе очень много цветных и драгоценных металлов.

Если магма застывает в недрах земли, то порода образуется с крупными кристаллами, если же она выливается наружу и застывает на поверхности, то данная порода имеет мелкую кристаллическую структуру.

Основные различия

Людям, которые не разбираются в геологии, не всегда понятно, чем отличаются горные породы от минералов. Хотя материалы обеих групп являются соединениями природного происхождения, между ними есть разница. И минералы, и породы входят в состав земной коры и представляют большой интерес для науки.

Минералами называются самородные, устойчивые химические элементы с уникальными свойствами. Они образуются вследствие сложных природных процессов. Но сегодня человек научился выращивать их самостоятельно в лабораториях, на морских заводах и фермах. Породы состоят из одного или нескольких минералов. Именно поэтому у них могут быть одинаковые названия, но в состав одной породы могут входить самые разные минералы.

Основное различие между двумя понятиями заключается в неоднородности. Если минералы построены на основе кристаллической решётки, то горные породы состоят из микрочастиц, которые соединены в хаотическом порядке. То есть у такого материала нет единой структуры.

Земная кора состоит из множества минералов и пород. У них разное происхождение, физические и химические свойства. А человек уже давно научился не только добывать и использовать их в разных сферах, но и выращивать минералы самостоятельно.

Осадочные породы

Данный вид пород образуется в основном на поверхности земли. Образование происходит в то время, когда осадки собираются на дне водоема или на суше, под действием сил земного притяжения.

Осадочные породы делят на три подвида:

Химические

Такие породы образуются в основном на дне водоема с калия и соли. Как раз эти породы и называют калиевыми солями, которые мы часто используем в промышлености.

Органические (органогенные)

Данный подвид пород образуется с остатков растений и животных на дне водоема. Такие осадки могут собираться миллионы лет, прежде чем образовать породу. Органические осадочные породы составляют 70% всей поверхности земли. К ним относят известняки, горючие породы и фосфориты.

Обломочные

Такие породы обрели свое название, за счет того, что они образуются с обломков различных пород. В основном такие породы образуются с мелкого дробления пород, они часто используются в промышлености, а точнее в строительстве. К таким породам принято относить песок, щебень, гальку и глину.

Происхождение минералов

Минералы — это однородные природные тела, которые представляют собой химические соединения определенного состава. У них кристаллическая структура, они образовались в результате геологических процессов и считаются компонентами пород. Существует три версии происхождения минералов:

• магматогенная;
• метаморфическая;
• экзогенная.

Твердые материалы могут формироваться из-за застывания и кристаллизации магмы. В этот сплав входят силикаты, а также практически все химические элементы. Некоторые летучие вещества попадают в трещины кристаллизующихся пород. Они преобразуют их, так формируются разные виды руд: вольфрамовые, оловянные, молибденовые. А при снижении температуры образуются месторождения меди, золота, свинца, цинка, серебра и олова.

При метаморфических процессах минералы образуются под воздействием температуры и давления. Это явление связано со сменой биологической обстановки. При региональном метаморфизме оказываются затронутыми значительные площади на глубинах. А в результате контактного процесса магма воздействует на толщу известняков.

Экзогенные процессы основаны на энергии солнца. Они происходят при небольшой температуре и обычном давлении у земной поверхности. При этом обнажившиеся или залегающие на малых глубинах породы выветриваются, размываются водой и разрушаются живыми организмами.

Принятая классификация

Геологи до сих пор исследуют некоторые минералы и выясняют, какими они бывают. На основе их работ можно выделить несколько типов твердых материалов. Они разделяются по своей структуре и химическим свойствам:

• силикаты;
• карбонаты;
• оксиды и гидроксиды;
• сульфиды и сульфаты;
• галоиды;
• фосфаты;
• вольфраматы;
• самородные элементы.

К классу силикатов относятся соли кремниевых кислот. Они входят в состав любой горной породы. Это самый многочисленный тип минералов на Земле. Карбонаты — это соли угольной кислоты. Самые известные из них: кальцид, магнезит, доломит. Оксиды и гидроксиды так называют из-за их химического строения. Эти минералы — соединения гидроксильных групп и кислорода. К ним относятся кварц, гематит.

В составе сульфидов содержится сера, а сульфатов — соли и её кислоты. К первой группе относятся пирит и киноварь, а ко второй — гипс и ангидрид. Галоиды и фосфаты — это соли галоидной и фосфорной кислоты соответственно. Первый класс включает сильвин и флюорит, а второй — апатит и фосфорит. Вольфраматы — это соли вольфрамовой кислоты. Определение самородных элементов также связано с их свойствами. Это минералы, включающие только какое-то одно составляющее: золото, алмаз, серу.

Основные свойства

Все минералы обладают своими химическими и физическими свойствами. Об этом стоит рассказать в докладе про горные породы и их элементы. К физическим свойствам относят хрупкость, колкость, ломкость и гибкость. Один из самых важных показателей для минералов — это твердость. Самым мягким считается тальк, а наиболее прочным — алмаз.

К этим свойствам минералов стоит также отнести спайность, излом и побежалость. Первое понятие означает способность материала раскалываться по кристаллическому направлению. Побежалостью называют наличие тонкой цветной пленки на поверхности, она образуется с помощью окисления. А изломы формируются при ударе.

Есть у минералов и оптические свойства:

• цвет;
• оттенок черты;
• магнитные свойства.

У одних материалов цвет может быть однородным, у других он изменчив. Некоторые минералы проходят множество модификаций. То есть в них включены примеси, или они меняют окрас в зависимости от освещения. Цвет черты проявляется при царапанье. Именно такой оттенок приобретает минерал, если его растереть в порошок. Отражательная способность — это блеск, какой создаёт световой поток. Дорогие разновидности минералов искрятся под солнечными лучами. Магнитными свойствами обладают те материалы, в состав которых входит двухвалентное железо.

Области применения

Сегодня человек научился использовать более 15% известных минералов. В основном они применяются в промышленности. Область их использования чаще всего зависит от физических свойств:

• из твердых изготавливают абразивные и антиабразивные материалы;
• кварц необходим для радиоэлектронной промышленности;
• у слюды выявлены электроизоляционные свойства.

В медицине используется тальк, на его основе производят смазки. Асбестовые смеси давно применяются в стройке, это хороший теплоизолятор. А флюорит, благодаря своим свойствам, используется в оптике. Все минералы делят на рудные и нерудные. Из первых можно добывать металлические элементы, а из вторых — неметаллическое сырье для медицины, химии или стройки.

Камни используются и в ювелирном деле. В этом случае их разделяют по ценности. Самыми дорогими считаются ювелирные — алмаз, жемчуг, пирит. А наиболее дешевыми — оникс, обсидиан, алебастр. Последние еще называют поделочными.

Что такое мрамор

Мрамор — это плотная кристаллическая горная порода, состоящая из кальцита или смеси кальцита и соединений магния. Изделия из мрамора хорошо полируются, так как камень довольно мягкий.

На свежем сколе крупные кристаллы кальцита будут блестеть, агрегаты из мелких кристаллов выглядят матовыми.

Цвет зависит от состава примесей, которые изменяют окраску камня и создают полосчатость, пятнистость, «облачность».

У мрамора есть свойство, важное для его определения. При попадании разбавленной соляной кислоты на поверхность камня начинается химическая реакция с выделением газа, появляются обильная пена и шипение. Если в мраморе много магния, реакция менее активная.

Химический состав

Сильвин — важнейшая составляющая калийной соли. Он составляет 52,44 % вещества. Другие вещества: карналлит (35,8 %), каинит (14,07 %), полигалит (12,97 %), лангбейнит (18,84 %); прочие — леонит (21,32 %), шенит (19,41 %); сннгенит (23,81 %). Основные калийные породы

: карналлитовая — 45—85 % карналлита и 18—50 % галита с невысоким содержанием сильвина, ангидрита, глинистых минералов и карбонатов; сильвинит — 95—98 % сильвина и галита, остальное — нерастворимый остаток (в лучших разновидностях 0,5—2,0 %, иногда содержит значительные количества полигалита или лангбейнита и редко бораты); хартзальц (твёрдая соль) — 8—25 % сильвина, 18—30 % кизерита, 40—60 % галита.

Вариант №2

Горные породы – это соединения природного происхождения, которые составляют основу толщи земной коры. В их состав входят различные минералы, соединённые между собой сильной (твёрдые породы) или слабой (рыхлые породы) связью. Такие соединения формируются в ходе протекающих подземных или поверхностных тектонических процессов.

Горные породы различаются рыхлостью, структурными и текстурными характеристиками.

Рыхлость породы определяет местность её залегания. Так, равнины складываются преимущественно из рыхлых пород: песок, глина, гравий и др. Горы же, наоборот, в большей степени состоят из твёрдых пород. Это залежи полезных ископаемых, например, руды чёрных и цветных металлов, сланцы и др.

Структура породы – это тип соединения минеральных веществ. Выделяют четыре вида структуры:

1) крупнозернистая;

2) мелкокристаллическая;

3) стекловидная;

4) комбинированного типа, соединяющая в себе разные структуры.

Под текстурой понимается положение и распределение минеральных зёрен породы относительно друг друга. Выделяют такие группы структур:

1) массивная, когда размещение минералов беспорядочно;

2) сланцевая, состоящая из плоских минералов, которые растянуты в одном направлении;

3) слоистая, состоящая из слоёв с разным минеральным составом;

4) пузырчатая, с пустотами – следами выделения газов;

5) пористая, когда порода пронизана множествами пор.

Наиболее распространённой классификацией горных пород является классификация по типу их образования. Принято выделять магматические, осадочные и метаморфические породы.

Магматические породы образовываются путём застывания расплавленной магматической массы. К таким породам относятся гранит, базальт, пемза (с пористым строением). Магматические породы обычно твёрдые, зернистые, состоящие из мелких минеральных кристаллов, тяжёлые.

Осадочные горные породы создаются исключительно над поверхностью земли под действием природных стихий. Они подразделяются на три группы:

1) обломочные – породы, образованные в результате крошения других пород на обломки, под воздействием ветра, накопления обломков и их перемещения (глина, песок, щебень);

2) химические – породы, образованные из соединения мелкой минеральной пыли с другими веществами (калийная соль, кремнезём);

3) органические – породы, состоящие из останков растительного и животного мира, скапливающихся на дне водоёмов в течение миллионов лет (уголь, нефть, мел, известняк).

Осадочные породы характеризуются пористой или слоистой текстурой.

Метаморфические породы изначально образуются как магматические или осадочные, а затем изменяются под действием давления, температуры, геологических процессов. Так, известняк может трансформироваться в мрамор, а песчаник может превратиться в кварцит.

Таким образом, слои земной коры полностью состоят из различных пород магматического, осадочного и метаморфического происхождения. Они являются кладезями полезных ископаемых, которые широко используются в хозяйственной и промышленной деятельности человека.

3, 4 окружающий мир, 5 по географии, 6 класс

Типы мрамора

Различные примеси изменяют цвет мрамора. Специалисты выделяют типы породы по её происхождению и цвету. Существуют баварский красный, каррарский белоснежный (Италия), французский розовый и другие мраморы. Из каррарского мрамора в начале XVIII века создавались статуи, украшающие Летний сад Санкт-Петербурга.

Рис. 3. Скульптуры в Летнем саду.

О том, к каким горным породам относится мрамор, можно подготовить доклад на урок по окружающему миру во 2 классе.

Камни и плиты

Стеновые камни

получают из туфов и пористых известняков пу­тем выпиливания механизированным способом из массива горной породы или распиловки блоков-заготовок. Камни применяют для кладки наружных и внутренних стен и перегородок.

Основные размеры стеновых камней: 390х190х188; 490х240х188;

390х190х288 мм. Каждый такой камень заменяет в кладке 8-12 кир­пичей. Целесообразно изготовлять и применять стеновые блоки

объ­емом не менее 0,1 м3 из туфа, известняка, доломита, песчаника или пористого андезита (рис. 3). Укрупнение камней уменьшает затраты труда, позволяет перейти к индустриальным методам строительства. Стены из мелкопористого природного камня не требуют наружной штукатурки или облицовки.

Рис.3. Блоки:

а) колотый; б) тесаный; в) пиленый

Для наружных стен применяют камни плотностью не более 2300 кг/м3 Водопоглощение камня должно быть не более 30%, морозо­стойкость — не менее 15.

Для облицовки гидротехнических сооружений, набережных, устоев мостов, цокольной части монументальных зданий приме­няют камни и плиты

из гранита и других изверженных пород, которым свойственна высокая морозостойкость, прочность и твердость. Камни для облицовки могут быть плитообразные (толщиной 15-25 см), утолщенные пирамидального вида (толщи­ной 30 см и более).

Наружная облицовка

зданий может выполняться из атмосферостойких осадочных пород (известняков, доломитов, песчани­ков, туфов), которые легче поддаются обработке и экономнее гранитных пород. Для внутренней облицовки общественных зда­ний и сооружений (например, станций метрополитена) широко используют плиты, получаемые из хорошо распиливающихся пород: мрамора, ангидрида, гипса.

Плиты для наружной облицовки имеют толщину 4-8 см, для внутренней — 1,2-4 см. Применение алмазных резцов позволяет изготовлять тонкие (5-10 мм) экономичные плиты, стоимость ко­торых в 2-4 раза ниже, чем обычных. Тонкие плиты находят ши­рокое применение, особенно для внутренней облицовки.

Специальные облицовки

применяют для защиты от коррозии и действия высоких температур. Для защиты от растворов кислот (кроме плавиковой и кремнефтористоводородной) используют андезит, гранит, сиенит, диабаз, кварцит, кремнистый песчаник и другие кислотостойкие породы.

Цокольные плиты,

а также детали карнизов, поясков и других выступающих частей сооружений изготовляют из стойких пород. Эти изделия не должны иметь волосных трещин, им придается такая форма, чтобы на них не задерживалась вода от дождя и тающего снега.

Плиты для полов и каменных ступеней

внутренних лестниц должны иметь высокие износостойкость и декоративные свойст­ва, соответствующие архитектуре интерьера.

Природные каменные материалы применяют в больших коли­чествах для гидротехнических

сооружений. В зоне переменного уровня воды условия службы материала особенно неблагоприят­ны: камень испытывает многократное замораживание и оттаива­ние в насыщенном водой состоянии. Защитную облицовку в этой зоне устраивают из плотных изверженных пород, имеющих водопоглощение не более 1%, марку по прочности — не ниже 80-100 МПа и по морозостойкости — 150-500 в зависимости от класса сооружения, климатических и других условий эксплуатации. Сответствующим требованиям должны удовлетворять и материалы для каменных набросных плотин. Внутренние части набросок можно сделать из камня, полученного из осадочных пород марок 30-60 МПа с коэффициентом размягчения не менее 0,7-0,8. Ка­менные материалы проверяют на влияние веществ, растворенных в воде (морской, грунтовой, речной, болотной).

Бортовые камни,

отделяющие проезжую часть дороги от тро­туара, изготовляют из плотных изверженных пород (гранита, диабаза и т.п.), отличающихся высокой морозе- и износостойко­стью и прочностью. Бортовые камни бывают прямые и лекаль­ные, высокие — до 40 см и низкие — до 30 см. Эти камни применяют вместо бетонных при соответствующем технико-экономическом

обосновании.

Брусчатка

для мощения дорог имеет форму бруска, слегка су­живающегося книзу. Брусчатку изготовляют механизированным способом из однородных мелко- и среднезернистых пород (диа­база и др.). Из таких пород изготовляют шашку для мозаиковой мостовой (приближающуюся по форме к кубу) и шашку для мо­щения (в виде усеченной пирамиды).

Тротуарные плиты

изготовляют из гнейсов и подобных ему слоистых горных пород. Они имеют форму прямоугольной или квадратной плиты со стороной 20-80 см с ровной поверхностью, толщиной не менее 4 см и не более 15 см.

Каменные кислотоупорные изделия

Некоторые магматические и метаморфические (кварциты) горные породы используют для футеровки разнообразных уста­новок и аппаратов, подвергающихся действию кислот, щелочей, солей и агрессивных газов, а также испытывающих влияние вы­соких и резко меняющихся температур и давлений. Кислотоупор­ные породы идут на изготовление тесаных плит, кирпичей, бру­сков и фасонных изделий, а в дробленном и размолотом виде служат в качестве заполнителей и наполнителей в кислотоупор­ном бетоне, являются составными частями кислотоупорных цементов.

В соответствии с назначением применяемые горные породы должны удовлетворять определенным требованиям, а именно:

быть кислотоупорными, т.е. хорошо сопротивляться воздействию различных кислот и других реагентов; это свойство оценивается по растворимости порошка породы в концентрированных кисло­тах (соляной, серной) при нагревании; иметь высокую огнеупор­ность: обладать достаточным сопротивлением сжатию и изгибу, а также вязкостью; выдерживать резкие колебания температур.

Из изверженных горных пород кислотоупорными являются главным образом кислые мелкокристаллические, к которым от­носятся бештаунит, андезиты, граниты и некоторые туфы, а из метаморфических — кварциты.

Применение кислотоупорного штучного камня ограничено его высокой стоимостью, обусловленной трудностью добычи и обра­ботки, а также малым выходом готовой продукции из горной массы. Полноценным заменителем камня служит значительно более дешевый кислотоупорный бетон. Со штучным тесаным камнем соперничает также искусственный литой камень (базаль­товый, диабазовый).