Горные породы, алгоритмы их определения

лгоритмы определения аморфных пород.
Визуально, по внешнему виду обосновать отнесение образцов горных пород к аморфным часто затруднено, а порой и невозможно. Необходимо изучение их под микроскопом. Исключение составляет вулканическое стекло, потому что стекло - это твердое аморфное вещество.
Аморфные породы состоят из аморфного вещества. Учитывая, что горные породы - это твердые вещества (ими сложена твердая, каменная оболочка земного шара - литосфера, как газами - атмосфера, водой - гидросфера), аморфные породы должны быть сложены твердыми аморфными веществами. К аморфным веществам относятся все газы, жидкости, а из твердых - стекла, смолы, гели и минерал опал. Из этого следует, что аморфные породы, как твердые вещества, могут слагаться стеклами и опалом.

Опал в аморфных, т.е. полностью или большей частью состоящих из опала, породах бывает в виде микроскопических панцирей диатомовых водорослей или в виде мельчайших шариков - глобулей. В обоих случаях панцири и глобули не могут плотно прилегать друг к другу, поэтому гладкая на ощупь порода из них микропористая (прилипает к языку; аргиллит хотя и гладкий на ощупь, плотный, к языку не прилипает, потому что глинистые частички имеют листоватую форму и плотно прилегают друг к другу). Цвет породы белый, как и опала, хотя часто пропитка гидроокислами железа придает ей желтоватый оттенок.

Учитывая, что стекло - это переохлажденная жидкость (быстроохлажденная жидкость, которая поэтому не смогла освободиться от излишней энергии - выделить тепло, и перейти в кристаллическое состояние с меньшим расстоянием между слагающими ее атомами), то стекловатые породы возникли из высоконагретой жидкости - лавы. Лава, с позиции физической химии, представляет собой высокоминерализованный нагретый водно-силикатный раствор, насыщенный газами. Расплавом лаву называть нельзя, ибо расплав - это индивидуальное, т.е. химически чистое, стехиометрическое вещество в жидком состоянии, кристаллизующееся при температуре перехода в жидкое состояние. Нагретая до жидкого состояния каменная соль (NaCI) при условии, что количество катионов натрия полностью соответствует количеству анионов хлора, - это расплав. Но стоит в него попасть незначительное количество воды, как расплав хлористого натрия перейдет в раствор хлорида натрия в воде. Чистое железо в жидком состоянии - расплав. При добавлении в него углерода становится жидким раствором углерода в железе, называемым жидким чугуном или жидкой сталью, в зависимости от содержания углерода. При охлаждении и кристаллизации они переходят в твердые растворы углерода в железе - чугун или сталь. В природе чистых веществ нет.

Если в лаве растворено мало газов, и она быстро остынет без образования кристаллов, в этом случае получается плотное вулканическое стекло.

Если в лаве растворено много газов и при остывании они не успевают ее покинуть, образуя пустоты различного размера, то возникает пористая или ноздреватая стекловатая порода (пористой текстуры до пемзовидной или шлаковидной).

Обычно еще при подъеме на поверхность в разогретом водно-силикатном растворе начинается частичная кристаллизация. При быстром охлаждении на поверхности литосферы такой лавы стекловатая масса породы будет содержать то или иное количество кристаллов разных размеров.

Поэтому по внешнему виду аморфные породы часто пористые: от микропористых до ноздреватых. Они (если не состоят из опала) или полностью стекловатые, или в их основной стекловатой массе находятся отдельные кристаллы. Стекловатые породы с отдельными (иногда многочисленными и крупными) кристаллами называются порфировыми (порфировой структуры).

Последовательность рассуждения при взятии в руки образца ноздреватой неполностью кристаллической породы может быть следующей (при прямом доказательстве). Порода ноздреватая, значит, ранее содержала в большом количестве пузырьки газов. Они были растворены в веществе породы, следовательно, вещество было в жидком нагретом (расплавленном) состоянии, а это аморфное состояние. Если бы оно медленно остывало, то закристаллизовалось бы, перешло в кристаллическое состояние. Но кристаллов нет или не все из кристаллов. Расплавленное вещество быстро остывало и приобрело стекловатую структуру, сохранив аморфное строение. Отсюда в руке образец аморфной стекловатой породы.

Дальнейшее разделение стекловатых пород в настоящее время ведется по их химическому составу, по содержанию в них кремнезема - SiO2. Если содержание его 70% и более, то порода называется кислой (в ней много оксида кремния - аниона силикатов - солей кремнистых кислот), т.е. составной части кислоты. Поэтому и кислая порода, а не от рН менее 7 (концентрации ионов водорода, о которой в твердых веществах говорить бессмысленно). При содержании SiO2 в породе порядка 60% она определяется средней, а при 50% - основной (в ней мало кремнезема, но много оксидов железа, магния и кальция - составных частей оснований). Исходя из химического состава, по такому же принципу разделяются и кристаллические полиминеральные породы хаотичной текстуры: кислая (SiO2 70% и выше) - гранит; средняя (60%) - диорит; основная (50%) - габбро; ультраосновная (40% и менее) - перидотит.

Определить химический состав, в том числе и количество оксида кремния, можно в химической лаборатории. Но это долго и дорого. Проще и быстрее (не для точных петрохимических исследований) определять химический состав стекловатых пород по цвету. Чем больше в них оксида кремния, тем они белее (минерал состава SiO2 - кварц белого цвета), и чем меньше, тем чернее (термин “темнее” - употреблять нельзя, потому что он характеризует оттенок, а не цвет). Цвет кислой стекловатой породы белый или светло-серый цвет, средней - серый, а основной - темно-серый или черный. Исключение: состав плотного вулканического стекла любого цвета: белого, черного, коричневого всегда кислый.

Сообщаю правило, по которому алгоритмический процесс определения аморфной породы признается закончившимся. Белую гладкую на ощупь легкую микропористую породу, прилипающую к языку, называют диатомитом, если под микроскопом в ней различимы остатки панцирей диатомовых водорослей, или опокой, когда панцирей нет (сильнопористая разновидность опоки - трепел).

Стекловатую или порфировую (в стекловатой массе находятся кристаллы) плотную или пористую породу белого или светло-серого цвета называют липаритом, серого - андезитом, темно-серого или черного - базальтом. Плотная, а потому тяжелая, скрытокристаллическая или мелкокристаллическая порода черного цвета, внешне похожая на базальт, но не стекловатая и не пористая - долерит.

В самых общих чертах составление алгоритмов определения наиболее распространенных в литосфере горных пород закончили. Необходимо отметить, что в природе каких-либо границ, разделяющих породы по тому или иному признаку, нет. Границы условно выделяются людьми. Очень редко, например, встречается просто песок. Обычно он содержит в том или ином количестве глину и алеврит. Выделяют глинистый песок, песчанисто-глинистый алеврит. Широко в природе распространены андезито-базальты (с содержанием оксида кремния 55%), гранодиориты (с содержанием SiO2 ?65%) и многие другие. Кристаллические сланцы с глубиной постепенно переходят в гнейсы, те, через гранито-гнейсы, в граниты. Если в сцементированной породе 50% глинистого материала и 50% тонкокристаллического карбонатного (СаСО3), то порода носит название мергель. Если глинистого материала меньше - это глинистый известняк, если больше - известковистый аргиллит.

Далее, например, песчаник по минеральному составу бывает кварцевым (из обломков кварца), олигомиктовым (из обломков кварца и полевого шпата) и т.д. Цемент обломков в песчанике по составу может быть глинистым, карбонатным и др.

Определение названия горных пород не является самоцелью в геологии. Это подготовительное (пропедевтическое) звено для понимания геологических процессов, модели функционирования литосферы.

Первая классификация горных пород была разработана в середине XVIII в. Дж. Ардуино, разделившим горные породы (отложения) на первичные, вторичные и третичные по их происхождению. В книге И. Лемана “Опыт восстановления истории флёцовых гор”, опубликованной в 1756 г., в которой изложены результаты его геологических исследований Центральной Германии, дано обоснование этому делению. В соответствии со Священным писанием И. Леман считал, что в истории Земли было лишь два существенных события общего значения: сотворение мира и всемирный потоп. С этими двумя событиями им и связывалось образование известных к тому времени толщ горных пород.

Наиболее древними принимались граниты, слагавшие осевые части горных хребтов. На склонах хребтов было замечено, что граниты перекрываются гнейсами, а те в свою очередь кристаллическими сланцами. Остатков скелетов животных и отпечатков растений в этих породах не наблюдалось. Ближе к подножию гор на кристаллических сланцах лежат слои песчаников, известняков, аргиллитов, часто в большом количестве содержащих остатки скелетов животных и отпечатки (до стволов) растений. Песчаники сложены обломками гранитов, гнейсов и кристаллических сланцев. На равнине распространены глины, пески, гальки, щебень. Крупные обломки - галька, щебень представлены гранитом, гнейсом, песчаником, т.е. образовались за счет разрушения нижележащих пород.

Глины, пески, гальки, щебень	- третичные отложения
Песчаники, аргиллиты, известняки	- вторичные отложения
Граниты, гнейсы, кристаллические сланцы	- первичные отложения

Разрез видимой части литосферы по Дж. Ардуино и И. Леману.

Граниты, гнейсы и кристаллические сланцы, как не несущие следов жизни, были отнесены к первичным (жильным, залегающим крутонаклонно и уходящим в “вечную глубину”) отложениям, возникшим при сотворении Земли до создания на ней жизни. Слоистые (флёцовые) отложения объяснялись результатом всемирного потопа, сопровождавшегося гибелью животных и растений, не попавших в ковчег Ноя. Это, стало быть, вторичные породы, потому и содержат остатки растений и животных, погибших во время божьего наказания. Последующее разрушение первичных и вторичных пород привело к накоплению глины, песка, щебня - третичных отложений.

Классификация горных пород Дж. Ардуино и И. Лемана была иллюстрацией к представлению происхождения Земли - библейской легенде. Все последующие классификации продолжали эту традицию.

В конце XVIII в. А.Г. Вернер (1750-1817), основоположник нептунизма (Нептун - бог моря), - первой геологической гипотезы, предложил исследовать “все горные породы и глыбы, из которых составлен наш земной шар, в том порядке, как они одна за другой по происхождению своему следуют, и способ этого происхождения, на сем основывающийся, и наконец разделим их в этом отношении на различные типы”.

Зачем это нужно было делать А.Г. Вернеру, когда была классификация Дж. Ардуино? Потребность в новой классификации возникла из-за того, что сменилась исходная для сравнения идея происхождения Земли. В замен библейским представлениям в 1749 г. Ж. Бюффон (1707-1788) предложил новое, небожественное объяснение возникновения нашей планеты: земной шар образовался за счет выброса материала Солнца при падении на светило кометы. Далее нептунистами принималось, что, остывая, огненный сгусток солнечного вещества превратился в земной шар, покрытый сплошным океаном нагретых вод, содержащих в большом количестве растворенные вещества. Глубина этого океана была значительной. Начавшееся охлаждения воды океана привело к кристаллизации из нее солей.

Процесс этот с учетом видимого разреза каменной оболочки предполагался следующим. В спокойных глубинных условиях, где не происходило движение воды, отлагались в хаотичном порядке крупные кристаллы кварца, полевого шпата и слюды, давшие гранитные ядра гор. Уменьшившееся количество воды мирового океана, сопровождавшееся началом движения ее, понижение температуры и минерализации (много солей ушло на формирование гранитов), способствовало отложению параллельно-полосчатого среднекристаллического гнейса, а затем и кристаллических сланцев, состоящих из более мелких кристаллов, чем гнейс.

Как только вершины гор вышли из-под уровня океана при продолжавшемся уменьшении количества воды в нем, бушевавшими в нагретой атмосфере ураганами началось разрушение (выветривание) кристаллических пород химического происхождения с механическим осаждением глины, песчаника, конгломерата и других обломочных пород. Появившаяся суша создала условия для появления на Земле растений и животных. Накопившиеся остатки растений сформировали пласты каменного угля, горение которого в недрах земного шара вызвало начало вулканизма. Поэтому к вулканическим породам нептунисты относили пережженную глину, земляной шлак, фарфоровую яшму, наблюдавшихся на контакте со сгоревшими пластами каменного угля. Базальт, который по их наблюдениям залегал выше пластов каменного угля, из-за своего стекловатого (порфирового) или скрытокристаллического (долерит) сложения относился к образованиям, выкристаллизовавшимся из морской воды. Объяснялось это А.Г. Вернером тем, что сравнительно недавно был потоп, во время которого весь земной шар был покрыт водой, кроме самых высоких гор, “на которых базальт не находят”.

Граниты, гнейсы и другие кристаллические породы химического осаждения, не содержащие органических остатков, а потому образовавшиеся до существования жизни, нептунистами назывались первопериодными. Горные породы механического осаждения (глины, песчаники, конгломераты, известняки) с остатками окаменелостей, содержат обломки кристаллических первопериодных пород. Поэтому слоистые (флёцовые) породы определены второпериодными. После сформировались осадки из галек, песков и глин, слагающие низменные, равнинные участки. Эти осадки представляют собой обломки первопериодных и второпериодных пород, перенесенных и отложенных водой. Это намывные отложения (“наносные области”) или по времени возникновения - третьепериодные отложения.

Таким образом, нептунистами в конце XVIII в. была предложена обоснованная для того времени программа изучения видимой части литосферы. В основе ее лежало представление об образовании от Солнца раскаленного земного шара, его последующего остывания до твердого состояния, конденсации паров воды и формирования нагретого соленого сплошного океана. Жизнь же на планете появилась с выходом из морской пучины суши.

Такая программа позволила объяснить реально наблюдаемую в природе смену (снизу вверх) гранита гнейсом, того кристаллическими сланцами, переходящими выше в обломочные и глинистые отложения, сначала сцементированные, а потом и рыхлые. Граниты поэтому считались наиболее древними горными породами. Программа нептунистов наукообразно повторяла библейскую легенду о сотворении Земли, потом на ней воды и жизни.

В начале XIX в. в естествознании утвердилась гипотеза Канта-Лапласа о происхождении Земли из раскаленного огненно-жидкого шара. Последующее его остывание сформировало твердую кору охлаждения - земную кору мощностью 10 миль, ниже которой находится первичный расплав. На базе гипотезы Канта-Лапласа возникла геологическая гипотеза - плутонизм (Плутон - бог подземного царства).

По мнению Б. Котта (1808-1879), немецкого сторонника и пропагандиста плутонизма, при охлаждении огненно-жидкого земного шара появилась оболочка из сланцев, гнейсов и гранитов. Глинистые сланцы, как быстро охладившиеся и потому мелкозернистые, слагают самую верхнюю часть оболочки. Ниже возникли кристаллические сланцы. Они были защищены вышележащими глинистыми сланцами от быстрого остывания, и кристаллы в них крупнее. Под более толстым экраном из глинистых и кристаллических сланцев еще медленнее кристаллизовались гнейсы, уже полностью кристаллические породы. На большей глубине под сланцами и гнейсами самыми последними выкристаллизовались граниты с беспорядочным расположением слагающих минералов, хотя минеральный состав их такой же, как и гнейсов. Все это кристаллизовалось из первичного расплава, состав которого принимался базальтовым. В 1837г. Б. Котта предложил сланцы, гнейсы и граниты считать первичной корой охлаждения ранее расплавленного земного шара.

К середине XIX в. в геологии установилось представление, что нижняя половина земной коры произошла от застывания ранее расплавленного материала, сохранившегося во внутренней части планеты; и поэтому называлась эта часть коры огненной или плутонической. Породы, ее слагающие, именовались плутоническими.

Наружная же половина земной коры считалась сформированной из осадков на дне океана. Туда с суши сносились и сносятся продукты разрушения (продолжал применяться и сейчас употребляется термин “выветривание”, хотя ветер участия при этом не принимает) плутонических пород. Возникшие слои глин, песчаников, известняков образовали наружную водную или нептуническую кору. Породы, ее слагающие, стали называться нептуническими.

В книге “Естественная история земной коры”, изданной в 1858 г. профессор С.-Петербургского университета, директор минералогического общества России С. Куторги все горные породы разделил по происхождению на две группы: плутонические и нептунические.

Классификация горных пород С. Куторги

Нептунические породы, в непосредственном прикосновении с огненными, вылившимися из раскаленной внутренности Земли, были прокалены их жаром и отчасти изменены в составе и сложении; эти породы измененные или метаморфические.

Термин “метаморфизм” - процесс изменения нептунических пород при их погружении в недра земного шара теплом расплавленной части Земли, был предложен в начале 30-х годов XIX в. английским геологом Ч. Лайелем. Породы, возникшие при метаморфизме, стали называться метаморфическими. Постепенно к ним отнесли все сланцы и гнейсы. Сланцы считались результатом перекристаллизации с увеличением размера кристаллов нептунических пород. Принималось, что глины и пески, погружаясь вниз и приближаясь к оставшемуся первичному расплаву, поглощая энергию, перекристаллизовываются с увеличением размера кристаллов (на самом деле усвоение энергии приводит к плавлению: а не увеличению размера кристаллов!). Если же погружался гранит - плутоническая порода, то метаморфизм его приводил к появлению гнейса (и снова нонсенс - гнейс в разрезе литосферы лежит выше гранита).

Если в первой половине XIX в. геологи при попытках классификации горных пород учитывали наблюдаемый разрез литосферы, то затем это делать перестали, обратив свои взоры на гипотетические внутренние части Земли.

К началу последней четверти XIX в. геологи убедились, что расплавленного материала под тонкой земной корой нет. Иначе, например, в ней (если бы кора вообще была!) наблюдались бы непрерывные поднятия и опускания от притяжения Луны, как это отмечается в гидросфере. Оказалось, что поднимать в расплавленном состоянии из недр земного шара нечего, расплавленной оболочки нет. Как же быть с плутоническими и метаморфическими породами?

Выход был предложен австрийским геологом Э. Рейером (1849-1914). Он предположил, что на глубине земное вещество высоконагрето, но из-за огромного давления вышележащих толщ горных пород, не позволяющего веществу перейти в расплав, находится в твердом состоянии (как увидим далее, это представление ложное). Если уменьшить давление, например, путем возникновения трещины при землетрясении, то в этом месте произойдет расплавление. Возникшую на глубине расплавленную массу Г. Фогельзангом и Г. Розенбушем в 1872 г. было предложено называть магмой (по-гречески - густая мазь, тесто). Магма определялась и сейчас определяется как “расплавленная огненно-жидкая масса сложного состава, образующаяся в глубинах земли, более или менее богатая летучими компонентами, из которой путем застывания и кристаллизации, а также дифференциации получают магматические (изверженные) породы” (Петрографический словарь, 1963,с.182).

Между тем, из-за громадного литостатического давления (массы вышележащих слоев) трещина на глубине образоваться не может, но если бы и смогла, то уменьшить давление не сумела бы, так как массу не изменила бы. Для понижения давления необходимо убрать толщу горных пород мощностью несколько километров, что на Земле, к радости всех живущих, не происходит.

Плутонические породы получили название сначала изверженных, потом магматических, а нептунические - осадочных. Магматические по месту остывания магмы были разделены на интрузивные и эффузивные. Интрузивные (внедрившиеся, глубинные): гранит, диорит, габбро, перидотит и другие. Эффузивные (излившиеся или вулканические): липарит, андезит, базальт и другие. Между тем вулканические составляют лишь часть эффузивных пород. Вулканические = пирокластические + эффузивные; пирокластические - значит, образовались за счет выброшенных раскаленных, огненных обломков лавы, а эффузивные - при излиянии лавы. Разделение горных пород по происхождению на магматические, осадочные и метаморфические в современной геологии сохраняется на начало XXI века. Научной такую классификацию горных пород принять нельзя.

На основании чего горные породы разделяются по происхождению? Что, горные породы несут признаки своего происхождения? Нет, таких признаков в них нет. В разные времена одной и той же породе приписывалось различное происхождение. Например, гнейс. Дж. Ардуино в середине XVIII в. считал его первичной породой, созданной Богом при создании Земли до сотворения на ней жизни. А.Г. Вернер в конце XVIII в. отнес гнейс к химической породе, выкристаллизовавшейся из первичного нагретого минерализованного океана после образования гранита. В начале XIX в. Б. Котта с позиции плутонизма предложил считать гнейс породой первичной коры охлаждения ранее расплавленного земного шара. Уже полтора столетия с середины XIX в. гнейс принимают метаморфической породой. Но во все эти времена гнейсом называли кристаллическую породу, сложенную полосами минералов разного цвета, т.е. определяли его не по происхождению, а по структуре и текстуре, что и предложено делать в настоящем издании.

Классифицировались горные породы по генезису потому, что сначала придумывалась схема происхождения нашей планеты или ее глубинного строения, а затем к ней подбирались типы горных пород, иллюстрирующие эту схему. Такой способ мышления от общего к частному называется дедуктивным. Но можно ли говорить сначала о происхождении земного шара или его строении, а потом называть то, что его слагает? На основании чего тогда говорится о происхождении и строении? Изначально дедуктивное мышление в естествознании не применимо, такое мышления в геологии не является научным.

Цель естественных наук, к каким относится и геология, в познании законов строения и функционирования природных объектов. Это осуществляется путем суммирования общих свойств единичных объектов или явлений. Это индуктивный способ мышления, от частного к общему (закону), не от представления к иллюстрации, как при дедукции, а от понятий (сравнения свойств или признаков объектов) к закону. Логическое (научное) мышление в естествознании обязывает думать понятиями. Мышление представлениями (вымыслом) дает бессмыслицу. Приведенный пример появления термина “магма” - яркое свидетельство бессмыслицы в геологии.

Индуктивный метод познания геологического мира использован в данном пособии. Изложение геологических воззрений начинается не с констатации готовой истины (например, так как в глубинном строении земного шара выделяются ..., то ...), а с характеристики и анализа геологических объектов, существование которых неопровержимо самим фактом их непосредственного наблюдения (присутствия).

ОБЩАЯ ГЕНЕТИЧЕСКАЯ КЛАССИФИКАЦИЯ ГОРНЫХ ПОРОД

I. Класс магматических горных пород

План описания горной породы

· Общий облик (цвет, видимая моно- или полиминеральность);

· Текстура;

· Структура;

· Минеральный состав (даже в случае неуверенности необходимо eгo называть, сопровождая указаниями: "по-видимому", "вероятно" и т.д. Минералы и компоненты оцениваются и количественно, в процентах, хотя бы ориентировочных: 20-30% и т.п.);

· физические свойства (вес, если он заметно отличается от обычного, магнитность, размокаемость в воде, прочие признаки, которые почему-либо важны или характерны, но не вошли в другие пункты).

· вторичные изменения (выветрелость, ожелезненность, окисленность, трещиноватость и т.д.);

· Генезис.

Название породы (может быть однословным, например "кремень", "амфиболит", а лучше - более полным, когда к существительному прибавляется одно или ряд прилагательных, отражающих главные, наиболее характерные свойства породы;

А. Подкласс интрузивных пород.

Гранит, диорит, габбро и т.д.

Б. Подкласс эффузивных пород.

Риолит, обсидиан, базальт, пемза, игнимбрит и т.д.

В. Подкласс пирокластических горных пород.

Вулканический туф.

II. Класс осадочных горных пород

А. Подклассы обломочных (терригенных) и глинистых пород.

1. Группа грубообломочных пород: брекчия, конгломерат, щебень, дресва, галечник, гравий, гравелит.

2. Группа песчаных пород: песок, песчаник.

3. Группа алевритовых пород: алеврит, алевролит, лесс.

4. Подкласс глинистых пород: глина, аргиллит.