Три групи гірських порід

Чи можна продовжувати розмірковувати про породах, не пояснивши, що ж вони собою являють.
До складу речовини земної кори входить понад 100 хімічних елементів в різних кількостях. Вісімдесят сім відсотків (за вагою) складають кисень, кремній, алюміній і залізо. Ці та інші менш поширені елементи з’єднуються в різних співвідношеннях і утворюють мінерали, в більшості своїй представляють тверді кристалічні тіла, які мають жорсткої тривимірної кристалічної гратами, подібної сталевого каркасу будівлі.
Частково завдяки геометричній правильності їх решітки мінерали володіють певними фізичними властивостями, за якими їх можна визначати. Існує понад 2000 мінералів, але тільки невелика кількість їх є важливими складовими частинами звичайних на земній поверхні гірських порід.
Породи являють собою поєднання двох або декількох (іноді багатьох) мінералів, але деякі породи складаються всього з одного мінералу. Відомі сотні порід, однак лише деякі з них широко поширені. Шматок звичайного граніту такого розміру, що його легко можна тримати в руці, може складатися із сотень кристалічних зерен п’яти або шести звичайних мінералів і невеликої кількості рідкісних мінералів, які не мають значення для цілей нашого вельми загального огляду.
Вивчивши десяток-другий зразків, можна бачити, що породи діляться на три великі групи. Перша включає магматичні породи, утворені при затвердінні рідкого гарячої магми. Інша – метаморфічні ( «змінені») породи, що виникли в результаті перетворення в твердому стані дотеперішніх порід під дією тиску або тепла, або того й іншого разом. Нарешті, існують осадові породи, створені осадженням уламків та інших продуктів руйнування існуючих раніше порід.
Ці три групи порід утворюються в різних частинах земної кори: осадові породи – на поверхні, а два інших виду здебільшого на значних глибинах. Але кожен вид порід може піддатися, звичайно, повільного переміщення із зони, де він був утворений, в інші зони. В результаті цих повільних переміщень гірські породи опинилися перемішані, так що зараз ми бачимо на поверхні Землі всі три групи. Щоб простежити хоча б у загальних рисах історію розвитку земної кори, ми повинні уважно вивчити гірські породи.
Магматичні породи. При геотермічних градієнтом 30 на 1 кілометр точка, що знаходиться на глибині 40 кілометрів під поверхнею континенту, матиме температуру 1200 °. Лабораторні експерименти з «виготовлення» порід показують, що при цій температурі і невеликому тиску, існуючому на поверхні Землі, деякі породи плавляться. Однак в глибинах земної кори величезну вагу верхніх порід підвищує температуру плавлення настільки, що більша частина матеріалу на цій глибині не може перейти в рідкий стан. Але невелика кількість все ж плавиться, утворюючи осередки розплавленого речовини (яке в тому випадку, якщо воно не виходить на поверхню Землі, ми називаємо магмою). Передбачається, що такі осередки існують в різних місцях в товщі кори.
Будучи рідиною, магма рухлива. Приходячи в рух, вона прагне рухатися до поверхні. Частково вона розплавляє породи на своєму шляху, утворюючи порожнину в земній корі, подібно до того, як паяльна лампа розплавляє шматок металу; руху магми вгору сприяє сила розширення газів, розчинених в ній. У міру її руху вгору (процес, який зазвичай відбувається дуже повільно) тиск і температура зменшуються, і в якійсь точці починається затвердіння. Починають формуватися молекули твердих мінералів, до яких, як до ядер, притягуються інші подібні молекули. При з’єднанні достатньої кількості подібних молекул утворюються кристали, невеликі вкраплення твердого речовини в товщі магми. Кількість і розміри цих вкраплень поступово зростають, і магма перетворюється в гарячу кашоподібну масу. Зрештою ця суміш повністю твердне, і утворюється магматическая порода, хоча ще і дуже гаряча. Новоутворений масив граніту може мати температуру 700 °, і для його охолодження може знадобитися більше десяти мільйонів років, настільки повільно відбувається відтік тепла через товщу залягають вище порід.
У разі, якщо магма піднімалася повільно і затвердіння її відбувалося задовго до того, як вона досягла поверхні, воно вимагало багато часу. За цей час групуються молекули мінералів встигали побудувати великі кристали розміром кілька міліметрів в діаметрі кожен. Новоутворена таким чином магматична порода була крупно-зернистою. Але якщо рух магми відбувалося швидше і вона, досягнувши поверхні, виливалася назовні у вигляді лави, як виливається зі свердловини вода, кристали залишалися маленькими (діаметром 1-2,5 міліметра і менше), тому що не встигали придбати великі розміри. В крайньому випадку магма досягала поверхні раніше, ніж встигали утворитися ядра кристалізації; швидке охолодження при зіткненні з атмосферою могло викликати затвердіння желеподібної маси, позбавленої кристалів. Гірська порода, що утворилася таким шляхом, не є кристалічної; це природне скло.
Для нас ця послідовність процесів цікава в тому відношенні, що, коли ми знаходимо на поверхні Землі великий масив гранітів або інших магматичних порід, ми можемо бути впевнені, що їх затвердіння відбулося в товщі земної кори. Якщо це так, то ми знаємо, що після затвердіння порід протягом довгого часу, може бути мільйонів років, відбувалися ерозійні процеси, які зруйнували вищележачі шари і вивели ці породи на денну поверхню. Замість підняття магми до земної поверхні відбувалося поступове зниження поверхні до рівня глибоко залягали твердих порід. Таким чином, виходить на поверхню масив гірської породи подібний фундаменту древнього зруйнованої будівлі, Про глибину, на якій утворилася порода, свідчить не тільки розмір зерен, але і ті мінерали, з яких почалася кристалізація магми. При штучному створенні магматичних порід в лабораторії в умовах контрольованого тиску було встановлено, який тиск потрібно для утворення в магмі ядер кристалізації різних мінералів. При цьому легко може бути розрахована глибина, що відповідає даним значенням тиску.
Багато різновидів магматичних порід здебільшого, хоча і не повністю, залежать від хімічного складу земної кори в тих місцях, де виникають магматичні вогнища. Але, як ми вже говорили, на континентах склад порід (залягають як на поверхні, так і в глибині), незважаючи на місцеві відхилення, в середньому наближається до складу гранітів, в той час як склад порід ложа океанів майже цілком відповідає базальтам.

Масиви магматичних порід можуть мати різну форму і розміри. На малюнку 5 дан типовий приклад того, як після затвердіння величезного батоліту і відходять від нього жив ерозія видалила більшу товщу породи; пізніше почав формуватися вулканічний конус і лавові потоки. Таким чином, на схемі представлені принаймні дві генерації магматичних порід.
Метаморфічні породи. Хоча ці породи подібні магматическим, так як складаються з пов’язаних між собою кристалів, їх відмінністю є те, що вони утворюються не з розплаву. Багато з них мають подобою шаруватості – Сланцеватая, яка викликана угрупованням мінералів в «шари» в результаті хімічного обміну в умовах високого тиску, при якому відбувається утворення нових мінералів. Цей процес освіти – або, точніше, перетворення – відбувається без розплавлення, при збереженні твердого стану породи. Тиск, необхідне для утворення сланцеватості, відповідає глибин близько 10-30 кілометрів залежно від того, які нові мінерали утворюються в породах в ході цього процесу. Таким чином, сланцеватие метаморфічні породи свідчать про те, що для того, щоб ці породи вийшли на денну поверхню, ерозія повинна була знищити 10-30-кілометрову товщу верхніх порід.
Інші метаморфічні породи, наприклад кварцит або мармур, не мають сланцеватості. В основному вони є результатом перекристалізації осадових порід, занурених на велику глибину і насичених гарячою водою, але не піддавалися великому тиску. Тому вони мають кристалічну структуру, але не володіють Сланцеватая.
Осадові породи. Як виникають осадові породи, показано на фото 2, що зображує стіну каньйону в горах Абсарока, західний Вайомінг. Масив магматичних порід прорізаний крутопадающими вузькими долинами, створеними стоком дощових вод. Велика частина уламків порід, які виносяться з цих долин, в тому числі і малих приток, відкладається в їх гирлах. Відкладення на малюнку утворюють два конусоподібних скупчення, в плані нагадують віяло, накладених на плоске дно більшої долини, невеликий відрізок якої видно в передній частині фотографії. Ці два алювіальних конуса виносу, складені галькою і піском, представляють ранню стадію розмиву і перевідкладення матеріалу гірських порід. Корінні породи на поверхні Землі поступово руйнуються і перетворюються в пухкий матеріал, який переміщається на нижчі рівні і відкладається. В даному випадку відкладення відбувається в тих місцях, де протягом тимчасових водотоків сповільнюється внаслідок різкого зменшення ухилу при виході на плоску поверхню.

Посилання на основну публікацію