Горные породы, их происхождение, состав и свойства

Го́рные поро́ды — природная совокупность минералов более или менее постоянного минералогического состава, образующая самостоятельное тело в земной коре. Планеты земной группы и другие твёрдые космические объекты состоят из горных пород. По происхождению горные породы делятся на три группы: магматические (эффузивные и интрузивные), осадочные иметаморфические.

Магматические и метаморфические горные породы слагают около 90 % объёма земной коры, однако на современной поверхности материков области их распространения сравнительно невелики. Остальные 10 % приходятся на долю осадочных пород, занимающие 75 % площади земной поверхности.

Магматические горные породы по своему происхождению делятся на эффузивные и интрузивные. Эффузивные (вулканические) горные породы образуются при изливании магмы на поверхность Земли. Интрузивные горные породы, напротив, возникают при изливании магмы в толще земной коры.

Разделение горных пород на магматические, метаморфические и осадочные не всегда очевидно. В осадочных горных породах, в процессе диагенеза, уже при очень низких (в геологическом смысле) температурах, начинаются минеральные превращения, однако породы считаются метаморфическими при появлении в них новообразованногогранита. При умеренных давлениях начало метаморфизма соответствует температуре 300 °C.

При высоких степенях метаморфизма стирается грань между метаморфическими и магматическими горными породами. Начинается плавление пород, смешение новообразованных расплавов с явно внешними. Часто наблюдаются постепенные переходы от явно метаморфических, полосчатых пород, к типичным гранитам. Такие процессы относятся к ультраметаморфизму. Отдельно стоят мантийные породы. С одной стороны, условия в мантии таковы, что даже если порода изначально была магматической, она всё равно претерпела бы в мантии изменения. В целом для основного объёма мантии остаётся дискуссионным вопрос, была ли она когда-то в расплавленном состоянии. С другой стороны, по минералогии мантийные породы во многом идентичны породам магматическим. Поэтому к ним применяется номенклатура магматических пород с вариациями.

Есть магматические комплексы, текстурные признаки которых напоминают текстурные особенности осадочных пород. Это расслоённые основные интрузии. В некоторых из них наблюдаются типичные для осадочных горных пород градационная расслоенность, косая слоистость, ритмичное строение толщи, наличие скоплений тяжёлых минералов. Однако, вместо осадочных алевролитов, песчаников и гравелитов, такие комплексы сложены обычными магматическими породами. Неоднократно образование таких объектов объяснялось метаморфизмом осадочных пород, но такая интерпретация не могла объяснить наличие резких контактов между комплексом и вмещающими породами. На сегодня общепризнанно, что такие объекты формируются в результате гравитационного осаждения минералов из конвектирующего расплава. То есть процесс имеет много общего с осадконакоплением, но среда, переносящая вещество, в данном случае не вода, а магма.

Описанием и классификацией магматических и метаморфических горных пород занимается петрография, изучением их генезиса — петрология. Описанием, классификацией и анализом условий образования осадочных горных пород занимается литология, в которой выделяется самостоятельный раздел — петрография осадочных пород. С литологией тесно связана родственная ей седиментология, занимающаяся изучением условий образования современных осадков. Поскольку отсутствуют строгие определения понятий «осадок» и «осадочная порода», то различие между осадком и осадочной горной породой не всегда ясно. Эти науки тесно связаны с геохимией иминералогией.

Свойства горных пород

Декоративность
Важное свойство горных пород, позволяющее использовать их в качестве облицовочного материала, – декоративность. Имеется в виду эстетическая привлекательность природного камня, в первую очередь его цвет и рисунок.
Прочность
Если говорить об использовании натурального камня в строительстве, то в этом смысле одним из важнейших его свойств является прочность, от которой зависит износостойкость материала. Чем прочнее камень, тем дольше он прослужит.
В зависимости от твердости минералов, входящих в состав горной породы и в значительной степени определяющих ее свойства, камни условно делятся на три группы:
прочные – кварциты, граниты, габбро;
средней прочности – мрамор, известняки, травертины;
низкой прочности – рыхлые известняки, туфы.

Плотность
Плотность – это масса единичного объема вещества. От этого показателя зависит вес конструкции: чем выше плотность камня, тем конструкция будет тяжелее. По плотности камни делятся на легкие (плотность до 2200 кг/м³) и тяжелые (плотность более 2200 кг/м³). Плотность зависит от пористости породы и минералов, входящих в ее состав.

Пористость
Пористость камня, который используется в качестве облицовочного материала, является одной из важнейших его характеристик. От пористости зависит водопоглощение и, соответственно, соле и кислотостойкость. А это основные показатели, влияющие на долговечность материала. Кроме того, общая пористость определяет прочность, теплопроводность, полируемость, обрабатываемость, декоративность камня и другие качественные характеристики. С повышением общей пористости снижается прочность и объем камня, ухудшается его полируемость, но уменьшается вес изделия и улучшается его способность к обработке.
Водопоглощение, соле, кислото и морозостойкость
Другим важным свойством горных пород, связанным с пористостью, является показатель водопоглощения. От него и от минерального состава материала зависит кислото- и солестойкость камня, а также его морозостойкость. Ведь при замерзании вода в порах увеличивается в объеме на 9%, создавая мощное давление. Вода, проникая в поры материалов, оставляет на них после высыхания концентрированные растворы солей. Из них начинается рост кристаллов, создающих огромное кристаллизационное давление. При высоком водопоглощении и низкой пористости под этим давлением в материале образуются трещины. При высокой пористости камня кристаллизационное давление распределяется равномерно, и новые трещины не образуются (яркий пример – известняк). Кислотостойкость – свойство пород и материалов реагировать с различными кислотами, разрушая или преобразовывая горные породы. Мрамор реагирует на кислоты, в том числе на пищевые (лимонная, уксусная). Мрамор, травертины, известняки и доломиты разрушаются от действия соляной кислоты. Правда, в природе в свободном виде она не встречается, но в городах, где хлориды используют для борьбы со снегом, этот фактор риска значительно возрастает.
Все это означает, что в наружной отделке зданий лучше использовать породы, которые не разрушаются под воздействием неблагоприятных факторов и долго сохраняют свой внешний вид, гранит и известняк. Известняк хорош для цокольных конструкций. Недаром во всех крупных городах, стоящих в долинах рек и имеющих многовековую историю (Лондон, Париж, Кельн, Москва), все цоколи зданий сложены из известняка. В Москве, кстати, из известняка сложен цоколь стен и башен Московского Кремля. Для цоколя можно использовать и гранит, но в этом случае движение солей пойдет по кладочным швам.

6. Происхождение, состав и свойства осадочных горных пород.

Осадочными горными породами называются породы, существующие в термодинамических условиях, характерных для поверхностной части земной коры и образующиеся в результате переотложения продуктов выветривания и разрушения различных горных пород, химического и механического выпадения осадка из воды, жизнедеятельности организмов или всех трех процессов одновременно.

Более трёх четвертей площади материков покрыто осадочными породами, поэтому с ними наиболее часто приходится иметь дело при геологических работах. Кроме того, с осадочными породами связана подавляющая часть разрабатываемых месторождений полезных ископаемых, в том числе нефти и газа. В них хорошо сохранились остатки вымерших организмов, по которым можно проследить историю развития Земли.

Изучением осадочных горных пород занимается наука литология.

Осадочные горные породы образуются на земной поверхности и вблизи неё в условиях относительно низких температур и давлений в результате преобразования морских и континентальных осадков. По способу своего образования осадочные породы подразделяются на три основные генетические группы: обломочные породы (брекчии, конгломераты, пески,алевриты) — грубые продукты преимущественно механического разрушения материнских пород, обычно наследующие наиболее устойчивые минеральные ассоциации последних; глинистые породы —дисперсные продукты глубокого химического преобразования силикатных иалюмосиликатных минералов материнских пород, перешедшие в новые минеральные виды; хемогенные, биохемогенные и органогенные породы — продукты непосредственного осаждения из растворов (например, соли), при участии организмов (например, кремнистые породы), накопления органических вещества (например, угли) или продукты жизнедеятельности организмов (например, органогенные известняки). Промежуточное положение между осадочными и вулканическими породами занимает группа эффузивно-осадочных пород. Между основными группами осадочных пород наблюдаются взаимные переходы, возникающие в результате смешения материала разного генезиса. Характерной особенностью осадочных горных пород, связанной с условиями образования, является их слоистость и залегание в виде более или менее правильных геологических тел (пластов).