Излившиеся вулканические породы зачастую содержат значительное количество стекла, в большей степени, чем кристаллические силикаты, подверженного гидротермальным изменениям, в результате чего возникают залежи глинистых пород.
Преобразование вулканических стекол в глинистые породы может происходить тремя совершенно различными путями:
А) под гидротермальным воздействием вулканических фумарол;
Б) путем преобразования вулканических пеплов и туфов в водной среде седиментационных бассейнов;
В) путем воздействия на вулканические пеплы и туфы метеорных вод в субаэральных условиях.
Термин «бентонит» предложен Найтом для меловых коллоидных глин, образующих месторождение Форт-Бентон (Вайоминг, США). Если эту глину поместить в воду, она разбухает, увеличиваясь в объеме в несколько раз, и дает тиксотропные гели с водой даже при относительно небольшом содержании глины. Позднее было доказано, что эти глины имеют существенно монтмориллонитовый состав и являются продуктом изменения вулканических пеплов. Сегодня под бентонитами понимается любая коллоидальная глина с выраженной адсорбирующей способностью.
Теперь известно, что изменение вулканического пепла на месте его выпадения обычно приводит к образованию глин, которые состоят из монтмориллонита. В некоторых случаях в них также могут присутствовать иллит или каолинит. Известно, что изменение некоторых вулканических пеплов может привести к образованию глин, сложенных галлуазитом и аллофаном, что в основном зависит от состава вулканического пепла. Эти минералы образуются в том случае, когда исходный вулканический пепел имеет исключительно низкое содержание щелочей и щелочных земель.
Современные осадки
Преобладающими глинистыми минералами в современных осадках морей, по-видимому, являются иллит и хлорит. В некоторых районах, таких, как Мексиканский залив, в качестве важного компонента современных осадков также присутствует монтмориллонит. Обычно присутствует, кроме того, каолинит, но часто в очень малых количествах.
Современные осадки, образующиеся вне морских водоемов, могут иметь любой состав глинистых минералов. Однако в сильно засоленных бассейнах, расположенных в пустынных районах, развивается иллит, хлорит или аттапульгит в зависимости от природы присутствующих в воде этих бассейнов катионов. Например, в присутствии магния в зависимости то его концентрации будет образовываться аттапульгит или хлорит, причем последний минерал развивается при более высокой концентрации магния.
Морские отложения
Влияние морских условий на отложение ила заметно уже у берега, на континентальном шельфе и более глубоких океанических бассейнах. Распределение илов неравномерное и контролируется рельефом дна, морскими течениями и размещением источника глинистых материалов. В дальних устьях крупных дельт таких рек, как Миссисипи и Ориноко, глины отложенные в мелких морских водах, почти не отличаются по литологии от глин, отложенных в тех участках, где не сказывается влияние дельты.
В мелководных шельфовых участках накопления ила и алеврита скорость осаждения может быть настолько малой, что осадки могут быть существенно переработаны колониями разнообразных видов морских организмов. В результате образуются сложные пятнистые или биотурбационные текстуры.
Голубые или грифельно-серые терригенные илы широко распространены в современных морях и океанах. Зеленые илы, подобные илам бассейнов дальнего побережья Калифорнии, распространены гораздо шире, чем первоначально предполагалось. Их зеленая окраска обусловлена присутствием зеленого иллита и монтмориллонита; хлорита и мелкозернистого глауконита в них немного. Для зеленых морских илов характерно высокое (около 7%) содержание органического вещества.
Морские глинистые осадки, образовавшиеся при размыве латеритных участков суши, обычно содержат много красных окислов железа.
В некоторых участках современных морей, там, где в придонных водах существует большой недостаток кислорода, отлагаются черные илы, содержащие много сохраняющегося органического вещества и углекислоты наряду с переменными количествами сероводорода. Черные илы могут быть отложены почти на любой глубине - как в самых мелких лужах, так и в таких глубоких впадинах, как Черное море и глубокие норвежские фиорды, при условии, что придонные воды загрязнены и застойные.
В отличие от других глинистых сланцев черные сланцы обычно содержат повышенные концентрации таких второстепенных элементов, как уран, мышьяк, медь, молибден, свинец, ванадий и цинк. Также концентрируются сингенетические сульфиды металлов, иногда в промышленных количествах.
Среди всех абиссальных отложений наиболее широко распространены и наиболее характерны отложения, называемые бурыми красными глинами. Они образуются отчасти при разрушении пород и минералов на месте, но в основном за счет тонкого терригенного детритуса, перенесенного с шельфовых участков и переотложенного глубинными морскими течениями.
Они встречаются во всех самых глубоких частях океанов, где глубина вод превышает 4,5км. Бурые глины различны по составу и последний варьирует в зависимости от источника поступающего материала.
Морские мергели и глинистые известняки. Морские мергели, глинистые известняки и известковистые глинистые сланцы часто представляют собой загрязненные известковистые органогенные отложения, близкие к мелоподобным мергелям мелового возраста юго-восточной Англии, которые своей известковистостью обязаны обилию пластинок и фрагментов кокколитов.
Пресноводные и континентальные отложения
Глины ледниковых озер. Глины ледниковых озер сложены в основном продуктами физического разрушения материнских пород, раздробленными до размера тонкого порошка или горной муки
Глинистые осадки, отложенные из суспензии в холодных водах ледниковых озер, обычно характеризуются хорошо выраженной тонкой слоистостью, это ленточные глины (варвы). Считают, что каждый двойной слой или каждая лента в этих отложениях представляет собой осадок, отлагающийся в течение одного года; это предположение основано на данных о скорости осадконакопления в ледниковых озерах. Осадочный материал вносится в озеро только в теплое время года, когда лед тает. При этом крупные зерна оседают быстро, а тонкий материал очень медленно; это происходит отчасти потому, что в чистых ледниковых водах флоккуляция отсутствует, а отчасти потому, что вязкость воды близ точки ее замерзания значительно возрастает. Таким образом, крупнозернистые (обычно алевритовые) осадки летнего слойка кверху постепенно сменяются очень тонкозернистым зимним слойком, который резко сменяется крупнозернистым материалом следующего летнего слойка.
Озерные глины и илы. Озерные глины и илы обычно содержат много глинистых минералов наряду с органическим веществом. Илы, отложенные в краевых частях озер, очень богаты углистыми остатками, тогда как в глубоких центральных частях озер значительную долю осадков могут составлять остатки планктонных водорослей. Илы некоторых озер высококремнеземистые из-за обилия в них остатков диатомовых водорослей.
Тонкая слоистость характерна для отложений спокойных глубоких участков озер. Слойки часто представляют годовую или сезонную порцию осадка, однако они могут образоваться при быстром отложении осадка из небольших турбидитовых потоков.
Большинство глин, вероятно, состоит из смеси глинистых минералов, однако известны каолинитовые глины, таковы, в частности боллклеи (комовые глины) в юго-западной части Англии.
В каменноугольных слоях графства Эр в Шотландии были описаны озерные бокситовые глины (т.е. содержащие значительные количества гидроокислов алюминия); эти глины, вероятно, образовались в результате размыва бокситов, образовавшихся на латеритизированных базальтах. Гидроокислы алюминия редко встречаются в переотложенных глинах; подавляющее большинство бокситовых глин относится к остаточным образованиям.
Тонштейны. Тонштейны представляют собой светло-бурые богатые каолинитом плотные породы, ассоциирующиеся с угленосными толщами. Пласты этих глин имеют мощность в среднем 5см (максимум до 2м) и обычно залегают непосредственно на угольном пласте или тонко переслаиваются с углями. Многие пласты глин прослеживаются на больших площадях и служат маркирующими горизонтами. В шлифах видно, что каолинит представлен крупными червеобразными кристаллическими агрегатами или криптокристаллической основной массой. Присутствуют также иллитовые и смешанные каолинит-иллитовые зерна наряду с редкими вкрапленниками других обломочных материалов.
Тонштейны следует отличать в генетическом отношении от обломочных глинистых пород, которые также ассоциируются с угленосными толщами и содержат 50-90% каолинита, большая часть которого имеет аутигенное происхождение. Отличить эти породы можно по брекчиевым текстурам течения, которые, как полагают, возникают в результате постседиментационного уплотнения.
Пресноводные мергели и мергелистые известняки. Пресноводные мергели и мергелистые известняки - это отложения, промежуточные по составу между глинами и известняками, охватывающие ряд горных пород между известковистыми глинами и глинистыми известняками. Количество известковистого вещества, смешанного с глинистыми и алевритовыми частицами, составляет 40-60%. Степень литификации этих пород различна и не обязательно зависит от возраста, так что граница между мергелистым известняком и мергелем весьма субъективна. Многие из красноцветных отложений пермо-триаса в северном полушарии являются настолько мягкими и легко выветривающимися, что к ним больше подходит название «мергели». Эти пласты обычно массивные и линзовидные. Они, видимо, быстро отложились в мелких озерах, возможно при воздействии ветра. В противоположность этим породам большая часть эоценовых озерных отложений формации Грин-Ривер представлена твердыми породами, которым больше соответствует название «мергелистые известняки».
Лессы. Чисто обломочные тонкозернистые эоловые осадки известны под названием лессы. Они очень широко развиты в Китае, Северной Америке и на севере Европы. Лессы резко отличаются от большинства илов и глин, отложенных в водной среде, по составу они сложены обломками породообразующих минералов, а глинистые минералы присутствуют только в подчиненных количествах или их вообще нет. Частицы в лессах имеют резко угловатые формы и, вероятно, представляют собой продукт механического дробления пород в месте их залегания под воздействием льда или прерывистых почвообразующих процессов. Большей частью эти образования в обширных плейстоценовых отложениях северного полушария очень сходны с тонкозернистыми ледниковыми осадками и, по-видимому, представляют собой зандровые отложения ледников и ледниковых покровов. С другой стороны, можно думать, что самые тонкие обломки образовались при ветровой абразии в пустынях Центральной Азии и западной Америки, выдувались из пустынных районов и накапливались в районах, покрытых растительностью, особенно травянистой, в степях или прериях, с образованием лессоподобных отложений. Лессы Китая и Европы представляют собой тонкозернистые известковистые алевриты или глины без слоистости, однородные по структуре. Это довольно мягкие, крошащиеся в руках породы. Однако они очень устойчивы к размыву и часто образуют вертикальные стенки высотой в десятки метров. Это свойство лесса усиливается из-за многочисленных вертикально расположенных тонких каналов, выполненных карбонатом кальция; предполагается, что эти каналы оставлены корешками растений.
Глинистые минералы - индикаторы условий осадконакопления
Некоторые глинистые минералы (иллит и хлорит непригодны для этой цели) могут служить индикаторами осадконакопления. Присутствие монтмориллонита может свидетельствовать о переотложении гидротермальных продуктов, о выветривании в бассейне вулканических стекол. Монтмориллонит может являться остаточным продуктом при эволюции почв; поступать из кальциевых и гидроморфных почв. При осадконакоплении монтмориллонит возникает в щелочной среде. Глауконит характеризует морскую обстановку, а палыгорскиты - обстановку химического осадконакопления, независимо от солености бассейна.
В целом роль глинистых минералов при восстановлении условий осадкообразования сводится к следующему.
1.Обломочные глинистые минералы, принесенные в бассейн извне, не являются индикаторами условий осадконакопления.
2.Эти минералы позволяют оценить интенсивность эрозии и характер выветривания на прилегающем континенте. Иллит и хлорит свидетельствуют о преимущественном развитии процессов физического выветривания, хлорит чрезвычайно чуствителен к воздействию выветривания. Иллит, смешаннослойные образования и вермикулит говорят о развитии умеренного химического выветривания. Монтмориллонит почвенного происхождения свидетельствует о наличии плохо дренируемых почв, в которых господствовали щелочные условия. Каолинит почвенного происхождения указывает на интенсивное химическое выветривание.
3. Новообразованные глинистые минералы (глауконит, палыгорскиты, шамозиты и иногда тальк) свидетельствуют о химическом осадконакоплении.
4.Более того, новообразованные глинистые минералы позволяют восстановить господствовавшие на континенте климатические условия. Лучший пример тому - палыгорскит, возникающий при интенсивном гидролизе минералов на континенте.
5.Трансформированные глинистые минералы позволяют реконструировать условия, господствовавшие на континенте (деградированные минералы), и условия седиментации (аградированные минералы).
В целом данные по глинистым минералам следует с большой осторожностью использовать при выяснении условий осадконакопления. Но если глинистые минералы имеют обломочное происхождение, они столь же мало говорят об условиях седиментации, как и обломочный кварц.
Метаморфизм глинистых пород
Глины являются основным типом силикатных пород, возникающим в поверхностных условиях. Если при выветривании происходит разрушение и преобразование силикатных пород, то при метаморфизме развивается их регенерация.
Постседиментационная эволюция каолинита и монтмориллонита.
На стадии эпигенеза, до начала метаморфизма, каолинит преобразуется в иллит и серицит. Об этом свидетельствует широкая серицитизация каолинитов под влиянием минерализованных растворов и отсутствие каолинита в сланцах, стоящих на пороге метаморфизма.
При процессах регионального метаморфизма в условиях высоких температур глины переходят в плотные глинистые сланцы (аргиллиты и филлиты). Выше 3000 каолинит полностью разрушается, превращаясь при наличии щелочей в серицит, слюды, полевые шпаты, а отсутствие их - в силикаты алюминия: андалузит, силлиманит, дистен и другие минералы, слагающие кристаллические сланцы.
Эволюция богатых каолинитом и бедных калием осадочных пород должна привести к возникновению пирофиллита.
В еще большей степени на стадии эпигенеза изменяется монтмориллонит. Он также исчезает до начала метаморфизма. Хотя эволюция монтмориллонита и не была еще прослежена шаг за шагом, однако имеются основания полагать, что глиноземистые монтмориллониты под влиянием минерализованных растворов преобразуются в иллит и серицит. Под влиянием магнезиальных растворов монтмориллонит может замещаться хлоритом. Хлорит может развиваться и по триоктаэдрическому монтмориллониту.
Таким образом, каолинит и монтмориллонит преобразуются на стадии эпигенеза, задолго до начала метаморфизма.
Иллит и хлорит. Эти минералы систематически возникают на стадии эпигенеза. В сланцах (серицитовых, хлоритовых, блестящих, зеленых и т.д.) основными породообразующими минералами являются серицит и хлорит. Наблюдается значительная эволюция от глинистых сланцев, сложенных чешуйками глинистых минералов размером в микроны или десятки микронов, к метаморфическим сланцам эпизоны со слюдистыми чешуйками размером в миллиметры или десятки миллиметров.
Иллиты и хлориты осадочных отложений характеризуются многочисленными изоморфными замещениями и по сравнению с крупнокристаллическими слоистыми силикатами, возникшими при метаморфизме, содержат весьма обильные чуждые примеси. По мере возрастания давления и температуры и развития метаморфических процессов структура глинистых минералов, стремясь достигнуть минимума внутренней энергии, становится все более совершенной. Железо и частично магний удаляются из иллита и входят в решетку хлоритов.И обратно, из решетки хлорита удаляются чуждые ионы, в частности алюминий, которые поступают в растущие слюдистые минералы. Перераспределение элементов сопровождается ростом кристаллов слоистых силикатов. Именно обильные замещения обусловливают небольшой размер частиц слоистых силикатов, а по мере того как в процессе метаморфизма происходит «очищение» структуры размеры кристаллов растут.
Небходимо помнить, что при эволюции глин в глинистые сланцы не наблюдается прямого перехода слоистых силикатов глин в крупночешуйчатые слоистые силикаты сланцев. Здесь имеют место сортировка, перемещение, обмен элементами между слоистыми силикатами и возникают более совершенные, а потому более крупные кристаллы. В конечном итоге формируется сланец, сложенный глиноземистым, кремнеземистым и магнезиальным серицитом и хлоритом. Содержание различных минералов определяется первичным составом глины.
Слюды слюдистых сланцев По мере возрастания степени метаморфизма сланцы низких ступеней метаморфизма постепенно переходят в двуслюдяные сланцы, состоящие из мусковита и биотита. Эволюция серицита развивается путем удаления чуждых ионов, в частности ионов магния, и путем упорядочения решетки, теряющей воду и обогащающейся калием. Одновременно происходит преобразование хлорита в биотит. При этом магний покидает межслоевые прокладки хлорита и наряду с железом занимает октаэдрические позиции, а калий обеспечивает межслоевые связи. Перераспределение элементов в ассоциации белая - темная слюда, устойчивой в зоне слюдистых сланцев, происходит в ином порядке, чем при выветривании. Нужно отметить, что когда в эпизону попадает значительное количество натрия, он выделяется из решетки слоистых силикатов и возникает альбит - минерал, достаточно характерный для многих слюдистых сланцев. Этот минерал формируется значительно чаще, чем парагонит.
На стадии метаморфизма натрий и кальций обычно входят в решетку известково-натриевых полевых шпатов. В серии филлитов рано или поздно возникают калиевые полевые шпаты. Они развиваются прежде всего по мусковиту и при этом алюминий переходит в четверную координацию. В отличие от богатого глиноземом мусковита, биотит не может замещаться полевыми шпатами, поскольку в их решетке нет места магнию и железу. Таким образом, судьба биотита и мусковита в мезозоне существенно различна. Поэтому силикатные породы мезозоны в отличие от сланцев и слюдистых сланцев включают не только слоистые силикаты, но и обильные полевые шпаты, а единственным свидетелем былого состава породы является биотит В катазоне биотит, в свою очередь, замещается полевыми шпатами и дает начало ортоклазам и лишенным глинозема магнезиально - железистым минералам, например ромбическим пироксенам.
На высоких ступенях метаморфизма, например в гранулитовых фациях, господствовавшие в гидросфере слоистые силикаты полностью исчезают. Алюминий входит в решетку полевых шпатов, а магний и частично железо - в решетку пироксенов. Титан и железо, постепенно переходившие на стадиях эпигенеза и начального метаморфизма в силикатную форму, вновь высвобождаются в идее ильменита, характерного для гранулитовых фаций.
Месторождения
Большое количество месторождений каолина распространено на территории Украины, в зонах выветривания выходов массивно- кристаллических пород Южно-Русского щита. Главнейшими из них являются: Глуховецкое, Турбовское и Райковское(Винницкая область), Просянское (Днепропетровская область) и др. На Урале большое количество первичных и вторичных месторождений, преимущественно огнеупорных каолинов распространено в Свердловской и Челябинской областях. В Крыму, в районах от Карасубазара до Севастополя установлены глины серовато-зеленого цвета, состоящие из коллоидального монтмориллонита, которые хорошо адсорбируют едкие щелочи и полностью поглощают углекислые щелочи из слабых водных растворов и поэтому широко применяются в мыловаренной промышленности.
Заключение.
Из большого числа разновидностей известны пород только некоторые являются наиболее распространенными. Три главных типа - песчаники, глинистые сланцы и известняки - составляют 95% и более всех пород. А среди этих главных типов глины составляют 70-83%.
Глины считаются «малым полезным ископаемым»; по традиции многие думают, что глины относительно дешевы. В действительности это не так. Если учесть общую стоимость всех добываемых глин, окажется, что она весьма велика - выше стоимости большинства других полезных ископаемых.
Глины используются в нефтяной промышленности для очистки продуктов дробной перегонки нефтей от посторонних взвешенных примесей; в текстильной- при отделке суконных материалов; в резиновом производстве - в качестве активного наполнителя; в мыловаренной и косметической промышленности; применяются для очистки воды и пищевых продуктов; в фармацевтической промышленности.
Главнейшим и старейшим потребителем является керамическая промышленность. Каолин применяется в тонкой керамике при производстве фарфора и фаянса; в бумажной промышленности в качестве наполнителя.
Практичное использование глин велико и важно для многих областей деятельности человека.
Список литературы
1. Ж. МИЛО «ГЕОЛОГИЯ ГЛИН» ЛЕНИНГРАД. 1968г.
2. Ф.ДЖ. ПЕТТИДЖОН «ОСАДОЧНЫЕ ПОРОДЫ». МОСКВА 1981г.
3. ДЖ. ГРИНСМИТ «ПЕТРОЛОГИЯ ОСАДОЧНЫХ ПОРОД». МОСКВА «МИР» 1981г.
4. Р.Э.ГРИМ «МИНЕРАЛОГИЯ И ПРАКТИЧЕСКОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ГЛИН». МОСКВА «МИР» 1967г.
5. А.Г. БЕТЕХТИН «МИНЕРАЛОГИЯ» МОСКВА 1950г.
6. ГОРНАЯ ЭНЦИКЛОПЕДИЯ. МОСКВА «СОВЕТСКАЯ ЭНЦИКЛОПЕДИЯ» 1986г.
