Методы диагностики минералов

Zn(SO4) + Ca[CO3] ® Zn[CO3]¯ (смитсонит) + Ca[SO4]¯ (ангидрит).

Так же сульфатные растворы меди, попадая в песчано-карбонатные или карбонатно-глинистые породы, реагируют с образованием карбонатов, оксидов и других минералов меди: возникает очень важный в промышленном отношении тип медистых песчаников (Джезказган) и медистых сланцев (Мансфельд). Таким же путем, связываясь в виде ванадатов, фосфатов, арсенатов, образуются инфильтрационные месторождения урана - в виде урановых слюдок (провинция Отэн во Франции, плато Колорадо в США, дающие уран и ванадий).

Этот тип минералообразования можно считать переходным к гидротермальному, а в некоторых случаях и собственно гидротермальным, если температура растворов превышает температуру вмещающих пород (например, гидротермокарст).

Химические осадки

А. Хемогенно-коллоидное минералообразование. Поверхностные воды нередко содержат растворенные вещества в виде коллоидов. При попадании таких коллоидных растворов в морские бассейны происходит разрушение коллоидов морской водой, являющейся электролитом. Происходит коагуляция коллоидов - слипание коллоидных частиц, которые затем в виде мелких сгустков, комочков опускаются на дно, давая начало морским осадкам. В виде таких коллоидно-хемогенных осадков могут накаливаться гидроксиды Fe, Al, Mn. При этом из-за того, что стойкость коллоидных растворов этих элементов различна, разрушаются они не одновременно, и, вследствие этого, в их отложениях нередко проявляется зональность.

Так, при выносе речкой Юрьевкой на Камчатке самыми неустойчивыми оказываются коллоиды гидроксидов железа, они коагулируют непосредственно при впадении реки в море, образуя у береговой линии гели гидроксидов Fe в смеси с гелями SiO2. При их последующей реакции могут возникать скопления силикатов Fe, например, железистых хлоритов. Дольше удерживатся в растворе, а потому дальше от береговой линии коагулируют коллоиды гидроксидов Al. Более всего устойчивы коллоиды гидроксидов марганца. Зона их, частично перекрывая зону, обогащенную гидроксидами Al, находится дальше всего от берега (рис. 24).

По мере удаления от берега, все большую роль начинают играть истинные растворы, и коллоидно-хемогенные осадки сменяются гидрохимическими - в первую очередь карбонатами (сидерит, родохрозит).

Таким путем образовались месторождения железистых хлоритов (Германия, Франция), диаспор-шамозитовые породы Урала и бокситы Средиземного моря.

Б. Гидрохимическое хемогенно-осадочное минералообразование - это образование минералов из пересыщенных растворов. Вот несколько таких случаев:

1) упаривание морской  воды в замкнутых бассейнах (отшнурованных лагунах). По мере испарения концентрация электролитов в воде увеличивается, и она превращается в рассол, из которого в порядке достижения концентрации насыщения начинается отложение солей.

Первыми реагируют на упаривание карбонаты (рис. 25) - образуется кальцит, который, реагируя с Mg, содержащимся в придонном слое воды, будет переходить в доломит CaMg[CO3]2 (придонная доломитизация). После карбонатов, а иногда одновременно с доломитизацией, начинают отлагаться сульфаты Ca.

При этом, при более низкой температуре будет отлагаться гипсCaSO4×2H2O, а при более высокой - безводный ангидрит CaSO4. Затем к сульфатам Са присоединяется галит NaCl, далее - сильвин KCl, после него - двойные соли Na, K, Mg, и, наконец, соли Mg и бораты;

2) при упаривании  вод замкнутых континентальных  бассейнов (бессточных озер) возникают  более разнообразные минеральные  ассоциации, в зависимости от  химического и минерального состава  пород областей сноса. Примеры: месторождения  боратов в Долине Смерти (Калифорния), месторождения селитры в Чили, месторождения соды в озерной  зоне Кулундинской степи. Особый случай представляют продукты упаривания озер на месте соляных куполов. При этом могут возникать месторождения боратов, как, например, на озере Индер (Северо-Западный Казахстан).

Обычно гидрохимические хемогенные осадки называют эвапоритами, хотя иногда это название относят лишь к морским образованиям.

В. Осадочное хемогенное минералообразование может идти при взаимодействии растворов с газами, выделяющимися в водоемах. Так, сероводородное заражение придонной области в результате гниения органики приводит к осаждению сульфидов (пирита, марказита, сульфидов Cu,Zn, Pb). Таким путем возможно образование оруденения в тонкозернистых или глинистых породах типа черных медистых сланцев Мансфельда (Германия). Эти же сульфиды могут быть главной составной частью медистых песчаников (Джезказган, Казахстан; Удокан, Забайкалье). К подобному типу хемогенных осадков относят и образование так называемых болотных руд (с гидроксидами Fe, фосфатом железа - вивианитом Fe3[PO4]2×8H2O).

 

18. 31.-33,34.35 билет Выветривание

— это совокупность процессов разрушения горных пород и минералов в приповерхностном слое земной коры и на земной поверхности. В условиях земной поверхности горные породы и слагающие их минералы испытывают разрушающее воздействие колебаний температур, действия воды, кислорода, углекислоты, жизнедеятельности животных и растительных организмов. Различают физическое, химическое и биологическое выветривание, которые могут сопровождать друг друга при благоприятных к тому условиях при постоянном воздействии сил гравитации и электромагнитного поля Земли.

При физическом выветривании происходит только механическое разрушение горной породы, распадение ее на обломки и отдельные минералы (дезинтеграция) с дальнейшим раздроблением их и перетиранием при транспортировке к участкам их накопления – долинам рек, морским и озерным бассейнам.

При химическом выветривании изменяется химический состав горных пород и минералов, неустойчивых в условиях земной поверхности. Такому выветриванию подвержены особенно различные изверженные и метаморфические породы, а также осадочные, минералы которых представлены галоидными, карбонатными и сернокислыми соединениями. Здесь действуют процессы растворения, гидролиз, гидратация и дегидратация, окисление. Так, пирит (FeS2) под действием кислорода и воды превращается вначале в сульфат закиси железа с образованием свободной серной кислоты.

2FeS2 + 7O2 + 2H2O = 2FeSO4 + 2H2SO4

Сульфат закиси железа неустойчив и переходит в сульфат окиси железа:

4FeSO4 + 2H2SO4 + O2 = 2Fe2(SO4)3 + 2H2O

Последний, гидролизуясь, образует гидроокись железа:

Fe2(SO4)3 + 6H2O = 2Fe(OH)3 + 3H2O

Гидроокись железа выпадает в виде геля, который дегидратизируясь, переходит в лимонит (Fe2O3◦nH2O) и другие окислы железа. Образующийся в этом случае лимонит может воспроизвести форму замещаемого кристалла пирита, возникает псевдоморфоза лимонита по пириту.

В природных условиях ангидрит CaSO4 может, присоединяя воду, переходить в гипс CaSO42◦H2O.

Гематит Fe3O3, присоединяя воду, переходит в лимонит.

Полевые шпаты, при воздействии на них воды и углекислоты, разлагаются, образуя каолинит и опал:

2K[AlSiO3O8] + nH2O + CO2 = Al2(OH)4[Si2O5] + K2CO3 + 4SiO2◦nH2O

Аналогично могут разлагаться в природных условиях и другие алюмосиликаты, причем особенно интенсивно разрушаются железо-магнезиальные силикаты – оливин, роговая обманка, авгит. При этом происходит переход связанного в них железа из закисного в окисное с образованием лимонита, выпадение опала, а также возникновение растворимых карбонатов и бикарбонатов кальция магния. В результате выветривания изверженных пород освобождается большое количество химических элементов, образующих различные минералы кор выветривания, речных, морских и озерных осадков: алюминий, барий, бор, железо, золото, калий, кальций, кремний, магний, марганец, медь, молибден, натрий, никель, ртуть, свинец, сера, сурьма и др.

При разрушении горных пород, переносе и частичном или полном растворении обломочного материала горных пород в континентальных условиях накапливаются продукты их разложения и выщелачивания и образуют покровы на неизмененных горных породах, так называемую кору выветривания. Мощность кор выветривания может достигать многих метров (до сотни и больше) и зависит от широты и высоты местности над уровнем моря, состава и строения пород, на которых она развивается, рельефа, тектонических условий и продолжительности процесса. Коры выветривания развиваются интенсивнее в тропических и хуже – в полярных странах. Особенно благоприятен для образования кор выветривания жаркий и влажный климат тропических стран.

Минеральный состав кор выветривания зависит от минералогического состава пород, по которым они развиваются, и климатических условий. Так, для умеренного климата характерно глинистое выветривание с образованием водных алюмосиликатов – каолинита и других глинистых минералов. Для влажного тропического климата характерны латериты – коры выветривания, образующие полуторные окислы алюминия и железа (Al2O3, Fe2O3), а кремнезем в виде золя выносится в более глубокие горизонты. Латериты, содержащие гидроокислы алюминия в промышленых размерах, называются бокситами. Железистые латериты являются рудо на железо.

В зависимости от возраста коры выветривания могут быть современными и древними.

Практический интерес представляют как отдельные участки самих кор выветривания, так и продукты их дифференциации – перемыва и переотложения. При транспортировке продуктов разрушения может происходить обособление полезных компонентов, содержащихся в коре выветривания (россыпные месторождения).

С корами выветривания связаны (пространственно или генетически) месторождения алюминия, железа, никеля, марганца и других полезных ископаемых.

В случае выхода на поверхность месторождений полезных ископаемых они, как и породы, подвергаясь постоянному воздействию атмосферных и органических агентов, будут претерпевать механическое и химическое выветривание. На обнажающихся частях месторождений, содержащих окисляющиеся минералы, образуются так называемые железные шпаты, с большой ролью в их составе водных гидроокислов железа.

Особенно часто железные шляпы образуются на обнажающихся участках сульфидных месторождений. Возникающие при этом минералы частью остаются на месте, частью уносятся растворами в более глубокие участки месторождения и за его пределы. В зоне окисления сульфидных месторождений происходят разнообразные химические процессы, в результате которых отсюда может быть полностью удалена сера и большинство тяжелых минералов. На месте остаются лишь различные формы кремнезема, окислы и гидроокислы железа, марганца и алюмокремневые соединения.

Окисление халькопирита CuFeS2 идет по следующей схеме:

CuFeS2 + 4O2 = CuSO4 + FeSO4

Сульфат закиси железа в зоне окисления превращается в лимонит, а легкорастворимый сульфат меди уносится в более глубокие участки месторождений.

В зонах окисления медных сульфидных месторождений, особенно если они залегают в известняках или содержат много карбонатов, могут образовываться минералы малахит и азурит. Реакции идет по схеме:

2CuSO4 + 2Ca[HCO3]2 + H2O = Cu2(OH)2[CO3] + Ca[SO4]2H2O + 3CO2

Ряд минералов (кварц, магнетит, корунд, циркон, золото, платина и др.) не претерпевают химического разложения и при разрушении породы или месторождения полезного ископаемого освобождаются от связей с другими минералами, накапливаются и образуют россыпные месторождения полезных ископаемых (элювиальные, аллювиальные, озерные и морские россыпи).

 

19. 3738.39 билеты . Метаморфические

процессы протекают при погружении пород любого генезиса на большие глубины или при поднятии глубинных пород к поверхности и связаны с переходом этих пород в новые физико-химические условия. Температуры этих процессов могут меняться от низких до высоких, так же значительно может варьировать и давление, и потенциалы СО2 и О2. Название – от метаморфос (превращение, изменение). Особое положение занимают процессы ударного метаморфизма, обусловленные резким повышением РТ-параметров в зонах ударного воздействия падающих на Землю космических тел.

 Метаморфические процессы

Принято различать космогенный (ударный) метаморфизм, который характерен для метеоритных кратеров, и эндогенный, подразделяющийся в свою очередь на региональный и контактовый.

Региональный метаморфизм

При погружении продуктов экзогенного и эндогенного минералообразования на глубину, в область повышенных давлений и температур, происходит изменение этих пород, изменение их минерального состава и структуры - приспособление к новым условиям. Такой процесс называютрегиональным метаморфизмом, поскольку он захватывает целые регионы земной коры. Факторы, определяющие степень метаморфизма, – температура, давление, присутствие летучих. Очевидно, верхний предел регионального метаморфизма - это температуры плавления, образования магматического расплава, т. е. около 700–1000 оС (в зависимости от состава пород и их насыщенности водой).

Давления при региональном метаморфизме могут быть весьма различными, достигая десятков тысяч атмосфер (десятков килобар) на глубине и в зонах глубинных разломов (в условиях стресса). Каковы общие тенденции минералообразования при региональном метаморфизме? Это:

1) образование все  более плотных минералов с  увеличением давления;

2) последовательное  уменьшение роли воды (и углекислоты) в минералах с ростом температуры.

По степени интенсивности весь процесс метаморфизма может быть разделен на РТ-области, которым будут соответствовать свои определенные минеральные ассоциации. Этим стадиям с их характерными минеральными ассоциациями отвечают фации метаморфизма. Более грубо их разделяют на фации низкой, средней и высокой ступеней метаморфизма.

Метаморфические фации называются по характерным минералам, либо характерному облику пород, возникающих при метаморфизме алюмосиликатных осадочных пород (рис. 20). Как видно из рисунка, выделяются области метаморфизма при нормальных (левая часть диаграммы) и повышенных давлениях (правая часть - поля эклогитов и дистен-глаукофан-содержащих пород).